Устройство для компенсации реактивной мощности

Устройство для компенсации реактивной мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

()9) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3385479/24-07 (22) 22.01.82 (46 } 15.07.83. Бюл. Р 26 (72} A.Ê. Шидловский, Г.A. Москален-. ко, A.Ã. Кармалицкий, A.Â. Зощенко, В.Т. Третьяк и A.В. Козлов (71 ) Институт электродинамики

АН Украинской ССР (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 603973, кл. G 05 F 1975.

2. Авторское свидетельство СССР9 781794, кл. С 05 F 1/70, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

9 754567 кл. Н 02 J 3/18, 1978. (54)(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ

РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ-, содержащее

Й секций конденсаторных батарей, подключенных к сети через блоки коммутации, датчик реактивной мощности, и логический блок, включающиМ задающий генератор, реверсивный двоичный счетчик, схему совпадения и формирования сигналов управления, выходы которых подключены к блокам упр вления блоков коммутации, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения потерь электрической энергии в сетях и повышения пропускной способности линий и трансформаторов путем повышения точности компенсации реактивной мощности, датчик реактивной. мощности снабжен двумя трансформаторами напряжения, двумя трансформаторами тока, двумя фазосдвигающими блоками, двумя умножителями аналоговйх сигналов и суммирующим блоком, логический блок снабжен двумя порого. выми элементами, инвертором, схемой несовпадения, элементом выдержки времени, схемой ограничения прямого .счета, схемой ограничения обратного счета, дешйфратором и пе реключателем режима работа, причем з(5)) Н 02,) 3/18; G 05 F 70 первый и второй трансформаторы напряжения включены в прямом порядке чередования фаз соответственно ме;.;ду первой и второй, второй и третьей фазами сети, а первый и второй трансформаторы тока включены соответственно в первую и третью фазы сети, выходы трансформаторов напряжения через фазосдвигающие блоки соединены с первыми одноименными входами умножителей аналоговых сигналов, а выходы трансформаторов тока соединены с вторыми одноименными входами упомянутых умножителей, выходы которых через суммирующий блок соединены с вхо-. дами пороговых элементов логического блока, выход первого порогового элемента подключен к входу схемы несовпадения и к шине сложения реверсивного двоичного счетчика, выход второго порогового элемента через инвертор соединен с шиной вычитания упомянутого счетчика и вторым входом схемы несовпадения, выход которой через элемент выдержки времени связан с входом схемы совпадения, к другому входу которой подключен выход задающего генератора, выход схемы совпадения соединен с синхровходом реверсивного, двоичного счетчика, выходы которого через схемы ограничения прямо.го и обратного счета соединены соответственно с входами запрета сложения, и запрета вычитания реверсивного двоичного счетчика, вы-, ходы которого подключены к входам переключателя режима работы и дешиф.ратора, выходы дешифратора подсоединены к другим входам упомянутого переключателя, одни выходы которого связаны с формирователем.сигналов включения секций конденсаторных батарей,. а другие — с формирователем сигналов отключения упомянутых секций.

1029324

Ь5

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматического регулирования реактивной мощности электрических сетей при помощи батарей косинусных конденсаторов.

Известен автоматический регулятор коэффициента мощности, содержащий измерительный орган, входы которого подключены к выходам трансформатора тока и трансформатора напряжения, а выходы измерительного органа подсоединены к логическому блоку, включающему каналы "Увеличить" и "Уменьшить", а также пороговый элемент, схему И и коммутатор с числом выходов равным количеству переключаемых секций конденсаторных батарей p1).

Недостатком данного регулятора является то, что контролируемый параметр питающий сети (например, реактивная мощность, коэффициент мощности, реактивный ток нагрузки и т.п.) измеряется в-.одной фазе сети, что приводит к значительным погрешностям. регулирования в условиях несимметрни питающей сети, так как мощность и характер нагрузок, подключаемых к разным фазам сети, неодинаковы.

Известно также устройство для автоматического регулирования коэф фициента мощности, которое можно испольэовать в условиях несимметрии, содержащее двличные счетчики, соединенные с коммутирующим блоком конденсаторной установки, схему ИЛИ, делитель частоты и три пофазных канала регулирования, каждый из которых включает трансформатор тока, емкостный делитель напряжения, ключевые амплитудные ограничители, логические схемы И-НЕ, инверторы, селекторы импульсов по длительности, реверсивный двоичный счетчик. Вследствие того, что контролируемый параметр измеряется по всем фазам питающей сети, данный регулятор может с достаточной точностью компенсировать реактивную мощность в условиях не симметрии 1. 2J.

Однако требуемая точность обеспечивается лишь в четырехпроводных сетях. В трехпроводных сетях такое устройство не может обеспечить оптимальную компенсацию реактивной мощности с нужной точностью, так как в нем в качестве контролируемого параметра выбран фазовый угол, что приводит к дополнительным погрешностям, вследствие того, что фазовый угол не дает информации о величине мощности нагрузки и требуются дополнительные устройства для определения нужной мощности компенсирующей ступени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор коэффициента мощности, содержащий датчик коэффициента мощности, секции конденсаторных батарей с блоками коммутации, цепи управления которых подключены к выходам формирователей сигналов управления логического блока, снабженного реверсивными двоичными счетчиками, схемами совпадения и задающим генератором. В данном регуляторе отсчет сдвига фаз между током и напряжением проводят по одной фазе, например А, предполагая, что нагрузка трехфазной сети является симметричной 1.3 .

Однако известно, что даже при чисто активных несимметричных нагрузках фазовые сдвиги между токами и напряжениями в различных фазах сети неодинаковы и могут иметь как индуктивный так и емкостный характер. Поэтому управление устройством регулирования коэффйциента мощности по одной фазе приводит к большим погрешностям регулирования. При этом существенно ухудшается баланс реактивной мощности, так как направление регулирования может быть противоположным требуемому, что увеличивает потери электрической энергии в сетях и уменьшает пропускную способность линии и трансформаторов.

Цель изобретения — уменьшение потерь электрической энергии в сетях и повышение пропускной способности линий и трансформаторов в условиях несимметрии нагрузок путем повышения точности компенсации реактивной мощности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для компенсации реактивной мощности, содержащем

Ь секций конденсаторных батарей, подключенных к сети через блоки коммутации, датчик реактивной мощности и логический блок, включающий задающий генератор, реверсивный двоичный счетчик, схему совпадения и формирователи сигналов управления, выходы которых подключены к бло кам управления блоков коммутации, датчик реактивной мощности снабжен двумя трансформаторами напряжения, двумя трансформаторами тока, двумя фазосдвигающими блоками, двумя умножителями аналоговых сигналов и суммирующим блоком, а логический блок снабжен двумя пороговыми элементами, инвертором, схемой несовпадения, элементом выдержки времени, схемой ограничения прямого счета, схемой ограничения обратного счета, дешифратором и переключателем режима работы, при этом первый и второй трансформаторы напряжения

1029324 включены в прямом порядке чередования фаз соответственно между первой и второй, второй и третьей фазами сети, а первый и второй трансформаторы тока включены соответственно в первую и третью фазы сети,. выходы трансформаторов напряжения через фазосдвигающие блоки соединены с первыми одноименными входами умножителей аналоговых сигналов, а выходы трансформаторов тока соединены с вторыми одноименными входами упомянутых умножителей, выходы которых через суммирующий блок соединены с входами пороговых элементов логического блока, выход первого порогового элемента подключен к входу схемы несовпадения и к шине сложения реверсивного двоичного счетчика, выход второго порогового элемента через инвертор соединен с шиной вычитания упомянутого счетчика и вторым входом схемы несовпадения, выход которой через элемент выдержки времени связан с входом схемы совпадения, к другому входу которой подключен выход задающего генератора, выход схемы совпадения соединен с синхровходом реверсивного двоичного счетчика, выходы которого через схемы ограничения прямого и обратного счета соединены соответственно с входами запрета сложения и запрета вычитания реверсивного двоичного счетчика, выходы которого подключены к входам переключателя режима работы и дешифратора, выходы дешифратора подсоединены к другим входам упомянутого переключателя, одни входы.которого связаны с формирователем сигналов. включения секций конденсаторных батарей, а другие — с форми; рователем сигналов отключения упомянутых секций.

На фиг. 1 представлена. функцио нальная схема устройства для компенсации реактивной мощности," на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

На фиг. 1 изображены И секций конденсаторных батарей 1.1, 1.2, ° .., 1. п, блоки 2. 1, 2. 2, °,2. и коммутации, подключающие секции батарей к фазам сети, трансформаторы 3, .,3.1 напряжения, трансформаторы 4, 4 ° 1 тока, фазосдвигающие блоки 5, 5.1, умнсжители 6, 6.1 аналоговых сигналов, суммирующий блок 7, пороговые элементы 8, 8 ° 1, схема 9 несов.падения, инвертор 10, элемент 11 выдержки времени, схема 12 совпадения, задающий генератор 13, реверсивный счетчик 14, схема 15 ограничения прямого счета,- схема 16 ограничения обратного счета, дешифратор 17, переключатель 18 рода рабо10

65 ты, формирователь 19 сигналов включения секций конденсаторных бата;рей, формирователь 20 сигналов отключения секций.

Элементы 3, 3.1, 4, 4.1, 5., 5.1, б, 6.1 и 7 образуют датчик 21 реактивной мощности, а элементы 8, 8.1, 9 — 20, входят в логический блок 22.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии ре- жим сети такой, что все секции кон. денсаторных батарей отключены. При этом с первого трансформатора 3 напряжения снимается сигнал, пропорциональный линейному напряжению

UA8 сети, а с трансформатора 3.1 сигнал пропорциональный напряжению

ОС8 (фиг. 1) . Указанные сигналы фазосдвигающими блоками 5 и 5.1 сдвигаются на угол, равный 90 эл.град., и поступают на первые одноименные входы умножителей аналоговых сигналов 6 и 6.1, на другие входы.которых поступают сигналы пропорциональные токам, соответственно с трансформатора 4-линейный ток i а с трансформатора 4.1 — i . Сиг- налы, пропорциональные произведениям указанных величин, с выходов умножителей 6 и 6.1 подаются на входы суммирующего блока 7, где производится их сложение..При этом на выходе блока 7 имеется сигнал, постоянная составляющая которого пропорциональна реактивной мощности питающей трехфазной сети. Указанный сигнал поступает на входы пороговых элементов 8 и 8.1 при этом напряжение срабатывания порогового элемента 8 выбрано большим, чем напряжение порога срабатывания элемента 8.1. Допустим величина постоянной составляющей выходного напряжения суьямирующего блока 7 пропорциональная реактивной. мощности трехфазной сети в момент подключения устройства к сети (фиг. 2,.вых. 7)

tt, меньше напряжения порогов срабатывания 0 „ и Ои пороговых элемен-тов 8 и 8.1. При этом элементы 8 и 8.1 находятся в отключенном сос тоянии и на их выходах одинаковые, например, низкие потенциалы (фиг. 2, вых. 8 и 8.4). На входах схемы 9 несовпадения, реализующей логическую функцию ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ, будут присутствовать низкий и высокий потенциалы, так как низкий потенциал с порогового элемента 8.1 поступает на вход схемы 9 несовпадения через инвертор 10 (фиг. 1 и фиг. 2).

Схема,9 несовпадения срабатывает и сигнал с ее выхода запускает элемент 11 выдержки времени. По истечении .требуемой выдержки (момент с(, фиг. 2) сигнал с выхода схемы 13:

1029324

6 поступает на один из входов схемы

12 совпадения, на другой вход которой от задающего генератора 13.постоянно поступают импульсы запуска реверсивного счетчика 14 (фиг. 2, вых.13). Сигнал с выхода схемы 11 является разрешающим для прохождения импульсов задающего генератора

13 через схему 12 совпадения на вход реверсивного счетчика 14 (фиг. 2, вых. 12). Прй этом на шине сложения "+" счетчика 14 будет запрещающий счет низкий потенциал а на шине вычитания "-" разрешающий счет высокий потенциал с выхода инвертора 10. Счетчик 14 подготовлен к работе н режиме вычитания, однако вследствие того, что во всех разрядах счетчика в момент подключения устройства к сети были записаны нули, с выхода схемы

16 ограйичения обратного счета сни мается запрещающий работу счетчика н режиме вычитания низкий потенциал (фиг. 2, вых. 16). Счетчик находится в заторможенном состоянии, сигналы управления блоками 19 и 20 не формируются и никаких коммутаций в устройстве не происходит.

Предположим, что н моменты времени с (фиг. 2) сигнал с выхода сумматора 7, характеризующий реактивную мощность сети превышает напряжение малого порога ОП,1 элемента 8.1. При этом пороговый элемент 8 срабатывает и на его выходе низкий потенциал скачкообразно изменяется на высокий (фиг. 2, вых. 8.1).

Данный сигнал инвертируется схемой 10 и поступает на вход схемы 9 несовпадения и шину вычитания счетчика 14. Тогда на входах схемы 9 несовпадения будут присутствовать два низких потенциала (фиг. 2, вых. 8 и 10, момент t ) и сигнал на выходе схемы 9 отсутствует, схема

11 выдержки времени не срабатывает, на вход схемы 12 совпадения не поступает разрешающий сигнал и импульсы от генератора 13 не проходят на запуск счетчика 14. На управляющих входах счетчика 14 также будут запрещающие потенциалы и счетчик счет не производит.

Пусть в момент времени t> постоянная составляющая с выхода сумматора 7 превышает и порог срабатывания 0„ элемента 8. Тогда низкий потенциал íà его выходе скачкообраз.но изменяется на высокий, а на выхо де элемента 8.1 по-прежнему буден высокий потенциал (фиг. 2, вых.; 8, момент t> ). При этом на входах схемы 9 несовпадения имеет разные потенциалы, она срабатывает (фиг. 2, вых. 9, момент t ) и запускает схему 11 выдержки времени, которая пос- ле отработки требуемой выдержки, 60

Пусть мощность первой секции конденсаторных батарей недостаточна для компенсации реактивной мощности сети. В этом случае состояние пороговый элементов схемы не изменяется и следующий импульс задающего генератора 13 в момент времени с необходимой для исключения реакции уСтройства на кратковременные колебания реактинной мощности сети, вырабатывает разрешающий для схемы 12 сонпадения сигнал (фиг. 2, вых. 11 момент t4 ). Сигналы от задающего генератора 13 через схему 12 поступают на вход счетчика 14, на управляющих входах которого присутствуют разрешающие счет в режиме

1О сложения высокие потенциалы с выходов схем 8 и 15 (фиг. 2). Счетчик науинает счет в режиме сложения (прямой счет) и на его выходах начинают появляться высокие потенциа15 лы, соответствующие напряжению логической единицы, согласно двоичному коду 1-2-4..., которые поступают на нходы дешифратора 17 и переключателя 18 режима работы, а также на схемы 15 и 16 ограничения счета. С выхода дешифратора 17 снимаются сигналы, преобразованные из двоичного кода 1-2-4... н код 1-1-1. Следовательно, на вход- х переключателя 18 имеются сигналы каак в двоичном коде (с выходов счетчика 14),так и н единичном коде (c выходов дешифратора).

Допустим, что режим работы устройства выбран в единичном коде

3О 1-1-1. Тогда сигналы с дешифратора

17 через переключатель 18 поступают на вход формирователя сигналов включения секций (в случае работы

;счетчика 14 в режиме сложения), 35 либо на вход формирователь сигналов отключения секций конденсаторных батарей (в случае работы счетчика 14 в режиме вычитания).

В частности, в момент времени с6

4О импульс от задающего генератора 13 переводит первый разряд счетчика 14 в единичное состояние. При этом формируется сигнал и на первом выходе дешифратора 17, который через переключатель 18 режима работы поступает на нход формирователя 19, выходной сигнал которого с первого выхода поступает на упранляющий вход блока 2 коммутации, который подключает первую секцию конденса50 торных батарей 1 к сети (фиг. 2, вых. 19). Одновременно в момент времени t снимается запрет на работу счетчика в режиме вычитания (фиг. 2, 55 вых. 16) и уменьшается сигнал с выхода сумматора 7 на величину, ngyпорциональную мощности включенной компенсирующей ступени 1.

7 1О29З24 поступает на запуск счетчика 14.

Единичный сигнал формируется теперь на его втором выходе и через указанные цепи поступает на вход блока коммутации второй секции, осуществляя ее подключение к сети. Допустим, мощность второй стуйени достаточна для компенсации реактивной мощности сети. При этом сигнал с выхода сумматора 7 становится меньше напряжения порога срабатывания элемента 8 фиг. 2, вых. 7 и 8), и последний возвращается в исходное состояние. Сигналы на выходе схем 9 несовпадения отсутствуют, схема 11 выдержки времени возвращается в исходное состояние и сигналы задающего генератора не поступают на синхровход счетчика 14. Кроме того, на шине сложения "+" счетчика 14 появляется запрещающий сложения потенциал с выхода порогового элемента 8 (фиг. 2, момент сь), Предположим, что дефицит реактивной мощности сети продолжает уве, личиваться и в момент времени е (фиг. 2) сигнал, характеризующий реактивную мощность сети, превышает порог срабатывания элемента 8. При этом процессы в схеме будут аналогичны приведенному. В момент времени tq на выходе схемы выдержки времени появляется разрешающий сигнал и им-. пульс с задающего генератора 13 в момент времени т. поступает на вход счетчика 14.. При этом единичwe сигналы появляются на первом и втором выходах счетчика, а также на третьем выходе дешифратора. Сигнал с выхода дешифратора поступает на запуск формирователя 19, выходной сигнал которого включает блок коммутации третьей секции, подклю,чая ее к сети (фиг.2, момент t .).

; Баланс мощности сети изменяется и

L уменьшается сигнал с выхода сумматора 7. Допустим, он становится меньше порога срабатывания элемен-та 8. Последний возвращается в исход. ное состояние и счетчик прекращает счет импульсов в режиме сложения. При этом информация, записанная в счетчике, сохраняется до следующего цикла работы.

Пусть в момент-времени, сиг10 нал, характеризующий реактивную.мощность, снизится ниже порога О „ элемента 8. При этом в схеме происходят аналогичные процессы и после

-етработки необходимой выдержки speд мени счетчик 14 начинает работу в режиме вычитания до тех пор,пока дефицит реактивной мощности сети не снизится до требуемого уровня.

В данном случае, в моменты вре-.

20 меРи t » t

АЙ ся три сигнала отключения с выходов схем 20, которые поступают на блоки коммутации секций (фиг. 2).

При этом ранее включенные секции последовательно отключаются и схема будет подготовлена.к следующим циклам работы.

Использование в данном устройстве дополнительных элементов и схем, З0 позволяющих определять в каждый момент времени реактивную мощность трехфазной сети в целом, а не одной ее фазы, и по данному сигналу вес- .. ти регулирование, обеспечивает вы35 сокую точность компенсации,,реактивной мощности в условиях несимметрии. . При этом снижаются потери электро-. энергии., увеличивается пропускная способность линий и трансформаторов, 40 достигаются максимальные значения коэффициента мощности и улучшаются в целом режимы работы систем энергоснабжения.

1029324 дых дыхоа аьаод йаао

Й64

BHHHIIH Заказ 499 5/54 Тираж б 17 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4 быхаУ

Заход

Выход дыхоР у,44 6 eke ty 4Ы44ю

Фие.2