Автоматический регулятор напряжения для конденсаторной батареи

Автоматический регулятор напряжения для конденсаторной батареи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оп ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик

«ii945855 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 13.11.80 (21) 3007629/24-07 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 05 F 1/70

9иудеротвенный котентет

СССР (53) УДК 621.316..925(088.8) по лелем изобретеннй н отерытнй

Опубликовано 23.07.82.Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 25. 07. 82 (72) Авторы изобретения

Ю.Л. Коротецкий и А,И. Варзарь 1 й.": -:, .

Одесский ордена Трудового Красного Знаменййолй гйхннческнй. институт (7I) Заявитель (54) АВТОНАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

ДЛЯ КОНДЕНСАТОРНОЙ 6ATAPEN г

Изобретение относится к автоматическому регулированию режимов электрических сетей, в частности напряжения и реактивной мощности, с помощью конденсаторных батарей.

Известны автоматические регуляторы для конденсаторной батареи, содержащие преобразователь напряжения, измерительный орган с зоной нечувствительности, логическую схему и два канала управления "Выше и Ниже" 1„13.

Однако необходимость измерения измерительным органом регулятора одновременно двух уровней напряжения, 15 определяющих ширину зоны нечувствительности, затрудняет получение высокой точности по зоне нечувствительности и усложняет конструкцию устройства, так как в этом случае требуются два канала„ управления и наличие логической схемы.

Поэтому применение таких регуляторов . для регулирования односекционных конденсаторных батарей ограничено.

Использование их для регулирования многосекционных конденсаторов требует применения программной приставки, что позволяет осуществлять регулирование лишь по наперед заданной программе и еще более усложняет устройство в целом. При необходимости управления конденсаторной батареей, имеющей секции различной мощности, это не позволяет автоматически производить выбор необходимой по условиям регулирова" ния мощности коммутируемой секции конденсаторной батареи. Причем обеспечивается число ступеней регулирования не больше, чем имеющееся количество секций батареи.

Кроме того, наличие лишь одной зоны нечувствительности вынуждает ширину ее выбирать по мощности наибольшей секции, из-за чего качество регу" лирования напряжения ухудшается.

Известны автоматические регуляторы напряжения для регулирования и объектов, в частности и секций конден 945855 саторной батареи, содержащее измери" тельный мост с и парами выходов, под" соединенными соответственно к и парам каналов управления, каждый иэ которых реагирует на изменение знака сигнала соответствующего выхода и воздействует в зависимости от этого изменения на включение либо отключение секции конденсаторной батареи (2 3.

Недостатком такого технического оеао шения, как и в поедыдушем случае, является необходимость одновоеменного измеоения знаков сигналов на выходах измеоительного моста каждого из двух каналов упоавления независимо, из-эа чего сложно обеспечить высокую стабильность зон нечувствительности всех каналов управления и их взаимного расположения при изменении температуры и формы кривой входного напряжения, Кроме того, из-. за необходимости иметь два канала управления на каж-. дую секцию конденсаторной батареи такие регуляторы также достаточно сложны. 25

Известны автоматические регуляторы односекционной конденсаторной батареи,содержащие преобразователь тока, своим выходом подключенный к сравни" вающему элементу, к выходу которого, в свою очередь, присоединены параллельно вход канала управления секцией батареи и цепь последовательно включенных элемента выбора уставок и источника опорного напряжения, причем канал управления секцией содержит входной нуль-орган, элемент выдержки времени и исполнительное реле (3).

Недостатком таких регуляторов является невозможность их применения или регулирования конденсаторных батарей, имеющих секции, использовать же и каналов управления невозможно, так как наличие параллельного подключения к выходу сравнивающего элемента одновременно входа канала управления и выхода элемента выбора уставок при коммутации секции батареи приводит к одновременному изменению сигнала на выходе элемента выбора

50 уставок из"за изменения его состояния и на входе канала управления секцией.

Кроме того, нестабильность опорного напряжения источника, последовательно соединенного с элементом выбо- ра уставок, неизбежно приводит к изменению величин уставок включения и отключения секции.

Использование с одним общим преобразователем напряжения (тока ) нескольких, например, и каналов управления невозможно из-эа неизбежного взаимного влияния элемента выбора уставок и источников опорного напряжения управления.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является автоматический регулятор напряжения для конденсаторной батареи, в котором изменение уставок включения и отключе- ния секции при ее коммутациях осуществляется изменением параметров элементов преобразователя напряжения путем шунтирования части резистора, подключенного к его выходу.

Регулятор содержит преобразователь напряжения с регулируемым резистором на выходе, имеющим два регулировочных ответвления, элемент выбора уставок, источник опорного напряжения канал управления секцией, включающий в себя измерительное устройство сравнения с двумя входами, элемент выдержки времени и исполнительное реле с контактами.

Дпя возможности получения уставки отключения, большей по величине, чем уставка включения, что по существу определяет ширину зоны нечувствительности регулятора, часть выходного резистора преобразователя зашунтирована размыкающим контактом исполнительного реле, подключенным к одному из регулировочных ответвлений резистора (4). Недостатком известного решения является невозможность независимого из" менения уставки включения, так как величина ее определяется положением одновременно двух регулировочных ответвлений выходного резистора, одно из которых задает также и уставку отключения.

Кроме того, с целью управления цепью перезаряда конденсатора элемент выдержки времени канала управления снабжен входным транзистором. Однако из-за значительной подверженности сопротивления эмиттерно"колллекторного перехода этого транзистора температурным изменениям, особенно в режиме отсечки, величины выдержек времени регулятора на включение и отключение секции изменяются, что снижает точность элемента выдержки времени.

Для возможности управления конденсаторной батареей, имеющей и секций, желательно было бы иметь и каналов

945855 управления, уставки включения и отключения которых устанавливались бы независимо и их взаимное положение во всех каналах управления было бы неизменным. При этои, выбрав уставки включения 01,0,...,Utl и уставки от» ключения И",И"...,,И всех каналов управления так; чтобы выполнялись условия О1 Ъ Ор,...., ) 0„, О >01+аО„, I

1ф И +дИ,..., И",),0 i 0 „10 где ЬИ. < ьО <,...,< ь Utl - ступени регулирования напряжения, соответствующие реактивным мощностям секций

Я.! < Qy...,

Например, при числе секций n = 3 и соотношении их реактивных мощностей

Q > = 1:2:4 возможно получе- ге ние числа ступеней m = 2п.

Кроме того, вырез выдержки времени

dt<,d t <...., dt > каналов управления, согласно условию в t< > д t >,. .,)д с,, возможно получение дополнительного 2s эффекта - автоматического выбора необходимой по условиям регулирования напряжения реактивной мощности коммутируемой секции.

Целью изобретения является ловы- 30 шение точности управления секциями конденсаторной батареи.

Поставленная цель достигается тем, что автоматический регулятор напряжения для конденсаторной батареи, содержащий преобразователь напряжения с регулируемым резистором на выходе, имеющим регулировочное ответвление, элемент выбора уставок, источник опорного напряжения и канал управления io секцией батареи, включающий в себя блок сравнения, элемент выдержки времени и исполнительное реле, снабжен

ll-1 каналом управления, и - 1 элементом выбора уставок, и - 1 параллельно соединенными регулируемыми резистораии с регулировочными ответвлениями, с источником опорного напряжения, причем входы и элементов выбора уставок подключены соответственно к и регу- о лировочным ответвлениям резисторов, а их выходы " к первым входам блоков сравнения, к вторым входам которых присоединены общий для всех каналов управления источник опорного напряже55 ния.

Кроме того, в качестве элемента выбора уставок применена цепь двух параллельно соединенных групп дополнительных резисторов с регулировочныии ответвлениями, причем последовательно в цепь первой группы дополнительных резисторов введен замыкающий контакт исполнительного реле, размыкающий контакт которого включен последовательно в цепь второй группы соответствую" щего канала управления, а к регулировочным ответвлениям групп дополнительных резисторов подключена пара диодов, имеющих общий вывод.

Элемент выдержки времени copepwт операционный усилитель с группой резисторов элемента выдержки времени на входе и с конденсатором в цепи об" ратной связи.

На фиг. 1 показана функциональная схема регулятора; на фиг. 2 " пример выполнения; на фиг ° 3 - диаграмма, поясняющая принцип работы автоматического регулятора напряжения совместно с конденсаторной батареей, имеющей две секции.

Регулятор содержит (фиг. l) преобразодатель 1 напряжения, например, действующего значения, блок 2 параллельно включенных а с регулируемых резисторов, к регулировочным ответвлениям которых подключены входы n we— ментов выбора уставок 3, их выходы присоединены к первым входам и измерительных устройств 4 сравнения, к .вторым входам которых подключен общий для всех каналов управления источник 5 опорного напряжения. В состав каждого из и каналов 6 управления входят, кроме измерительного устройства сравнения, элемент 7 выдержки времени и исполнительное реле 8.

Приведенная функциональная схема может быть реализована, например, в соответствии с принципиальной схемой (фиг. 2) автоматического регулятора конденсаторной батареи, имеющей две санкции, т.е. и = 2, где преобразова" тель напряжения, с целью уменьшения влияния высших гармоник, содержит интегрирующую цепочку резисторов 9 и конденсатора 10. К выходу преобразователя напряжения подключены два регулируемых резистора 11 и 12 к регулировочным ответвлениям которых присоединены два элемента выбора уставок.

Каждый из них представляет собой цепь двух параллельно соединенных групп, дополнительных резисторов 1316, имеющих два регулировочных ответвления 17 и 18, к которым подключена пара согласно включенных диодов 19

945855 и 20, имеющих общий выход 21, одновременно, являющийся выходом элемента выбора уставок и первым входом измерительного устройства сравнения. Последовательно в цепь одной группы резисторов введен замыкающий 22, последовательно в цепь другой группыразмыкающий 23 контакты исполнительного реле 24 соответствующего канала управления.

Измерительное устройство сравнения в каждом канале управления содержит два операционных усилителя 25 и 26, связанных между собой с помощью детектора 27 и конденсатора 28. К первому входу 21 подключен выход элемен" та выбора уставок, а к второму 29общий для обоих каналов управления источник 5 опорного напряжения, выпол" ненный на стабилитроне. В качестве операционных усилителей применены интегральные микросхемы.

Элемент 7 выдержки времени выполнен с использованием операционного усилителя 30, имеющим конденсатор 31 в цепи обратной связи и группу ре" зисторов 32 на входе.

Исполнительное реле 24 для повыше" ния чувствительности включено в коллекторную цепь транзистора 25, управля- Зо емого транзистором 26, в совокупности представляющих собой выходной исполнительный триггер.

Оба канала управления выполнены и работают аналогично. М

Выпрямленное входное напряжение0®<, преобразованное s пульсирующее напря-, жение конденсатора 10, поступает с регулировочного ответвления резистора 12 на вход элемента выбора уставок. -Вели-4О чина этого напряжения определяется положением регулировочного ответвления резистора 12, служащего для одновременного изменения уставок включения

- и отключения секции одного и того же 4 канала управления. Амплитудное значение этого пульсирующего напряжения пропорционально действующему входному напряжению, чем исключается влияние его несинусоидальной йормы °

При отключенной секции конденсаторной батареи контакт 22 исполнительно.го реле 24 замкнут, а контакт 23 разомкнут, и через диод 19 на первый вход 21 операционного усилителя 25

5ф поступает пульсирующее напряжение с резистора 13, соответствующее положению его регулировочного ответвления 17, чем определяется уставка включения секции 0„ .

Амплитудное значение пульсирующего напряжения на первом входе операционного усилителя 25 сравнивается с опорным напряжением стабилитрона 5 на втором его входе.

Если входное переменное напряжение О „превышает уставку включения секции батареи, амплитуда пульсирующего напряжения на входе 21 также превышает величину опорного напряжения и на выходе операционного усилителя 25 импульсы напряжения разнополярны,- конденсатор 28 через детектор 27 заряжен напряжением постоянного уровня. Это напряжение оказывается приложенным к входу операционного усилителя 26, следовательно, на выходе его также имеется напряжение определенной полярности, приложенное к входу элемента выдержки времени, выполненном на операционном усилителе 30. Приложенное к его входу напряжение через резисторы 32 заряжает конденсатор 3 1 до напряжения такой соответствующей полярности, что транзистор 26 открыт, а транзистор 25 закрыт и исполнительное реле 24 выключено.

При понижении входного напряжения U> ниже уставки U включения секции, амплитуда пульсирующего напряжения, поступающего с резистора 13 на вход 21 операционного усилителя, уменьшается и становится меньше опорного напряжения Оо, На выходе усилителя 25 разнополярные импульсы напря-. жения исчезают, а остается лишь отрицательное постоянное напряжение, вследствие чего конденсатор 28 разряжается до нуля, Полярность напряжения на выходе операционного усилителя 26 также изменяется на противоположную, и конденсатор 30 начинает медленно перезаряжаться, тем самым создавая выдержку времени на включение данной секции конденсаторной батареи. Перезаряд конденсатора завершается мгновенным изменением полярности напряжения на выходе операционного усилителя 30, что приводит к включению исполнительного реле 24, при этом его контакт 22 размыкается, а контакт 23 замыкается. При таком .переключении контактов величина пульсирующего напряжения, поступающего на вход 21 операционного усилителя, должна быть уменьшена для возмо>хнос945Щ

5 10 выбор требуемок выдержки времени осуществляется изменением величины сопротивления резистора 31.

Работа регулятора совместно с конденсаторной батареей, имеющей две сек" ции с соотношением мощностей Q :Q

1:2, поясняется диаграммой (Фиг. 3).

Если для ступеней регулирования напряженил ь И.}, ь U q справедливо условие ь0.,: ьИ ъ — — 1:2, что соответствует принятому соотношению мощностей секций батареи, настройка уставок регулятора должна быть следующей:

U„= И рИ, 0„,0 ь0„, u<>,ughu<

При этом выдержки времени каналов управления первой и второй секциями батареи pt и gt< должны удовлетворять условию t„) ь tg

В исходном состоянии обе секции конденсаторной батареи отключены, Уставки включения И U < и уставки отключения И„, О, соответствуют принятым условиям и расположены на диаграмме так, как это показано на фиг. 3.

При медленном понижении напряжения сети (т.е. таком, при котором выдержками времени ьт..1, h tg можно пренебречь) включение первой секции конденсаторной батареи произойдет в слу" чае уменьшения ИВ до величины, меньшей, чем уставка включения 0„первой секции, что соответствует точке A диаграммы. После включения первой секции напряжение в сети возрастет на величину ступени регулирования ь0.}, что будет соответствовать точке В диаграммы, а включенная мощность окажется равной

При дальнейшем снижении напряжения сети никаких изменений состояния первой секции произойти не может, поэтому в точке С включится вторая секция и напряжение сети 0 соответственно возрастет на величину ступени регулирования ьИ}, что будет соответствовать точке D диаграммы.

Поскольку возросшее напряжение Ue превысило уставку отключения U nep1 вой секции, с выдержкой времени at} произойдет ее отключение и напряжение сети снова уменьшится на величину ьU.}, что будет соот вет ст воват ь точке Е диаграммы, а включенная мощность окажется равной

При дальнейшем снижении напряжения в точке K вновь произойдет включение первой секции, напряжение сети И „сно9 ти получения уставки отключения, большей на величину ступени регулирования напряжения, чем уставка включения данной секции. Это достигается соответствующей установкой положения регулировочного ответвления 18 резистора 16.

Получение команды на отключение секции батареи возможно лишь при превышении входным напряжением ие устав- }0 ки отключения, чем, по существу, определяется эона нечувствительности данного канала управления. При этом амплитудное значение пульсирующего напряжения, поступающего с резистора 16 на вход 21 измерительного устройства сравнения, превысит опорное напряжение на втором его входе и на выходе операционного усилителя 25 снова появятся разнополярные импульсы напряжения, что после отсчета заданной выдержки времени, в конечном счете, приведет к отключению исполнительного реле 24, т.е. восстановится исходное состояние всей системы управления данной секцией.

Таким образом, регулируемые резис}торы 11 и 12 необходимы для одновременного изменения обеих уставок-включения и отключения каждого канала уп- 3

30 равления в отдельности, т.е. для независимого изменения взаимного расположения уставок разных каналов управления, в то время, как регулируемые резисторы 13 и 16 служат для незави35 симого изменения уставок включения и отключения соответственно одного и того же канала управления, т.е. для регулирования зон нечувствительности .

Причем принятая схема выполнения эле4(} мента выбора уставок позволяет получить диапазон регулирования зоны нечувствительностити, сооТ вет ст вующи и двойному диапазону изменения сопротивлений резисторов 13 и 16. Для это45 го величины сопротивлений резисторов 13-16 выбирают одинаковыми, а регулируемые резисторы 13 и 15 выполняют сдвоенными так, что при одновременном перемещении регулировочнь}х ответвлении 17 и 18 в противоположные

50 стороны (no схеме положительному приращению сопротивления резистора 18 соответствует равное ему отрицатель}}ое приращение сопротивления резистора 16 и наоборот. 55

Для одновременного изменения уставок всех каналов управления предусмотрен регулируемый резистор 9,а

11 94 ва возрастет на величину д U< (точка

L), а включенная мощность окажется равной О. + Q и все возможности дальнейшего увеличения реактивной мощности на этом будут исчерпаны.

Процесс регулирования при повышении напряжения будет происходить аналогично, т,е. в точке И произойдет отключение первой секции, в точке

М - отключение второй секции, но поскольку напряжение сети уменьшится на величину дО (точка P) и ста, нет меньше уставки включения О, прои зойдет повторное включение первой секции и общая включенная мощность окажется равной Q Далее s точке

Z отключится первая секция и включенная мощность окажется равной нулю, на чем будут исчерпаны все возможные варианты процесса отключения секций, При наличии двух секций конденсаторной батареи получено трехступенчатое регулирование, если же число секций будет равно трем, получим шестиступенчатое регулирование, и т.д. Причем необходимая логика регулирования осуществлена не по наперед заданной программе, что дополнительно потребовало бы применения программной приставки, а только лишь благодаря принятой настройке автоматического регулятора в соответствии с предлагаемым способом регулирования.

При этом в течение всего рассмотренного цикла регулирования общее число коммутаций первой секции составило шесть, а второй секции лишь две. Это означает, что коммутационная аппаратура первой секции, находящаяся в более легких условиях, так как коммутирует меньшую мощность

Q, нагружена большим числом комму" таций, что оправдано экономически.

Кроме того, в случае быстрых изменений напряжения сети ОВх(однако длительно продолжающихся) за пределы уставок сразу нескольких каналов управления, благодаря селективной настройке элементов выдержки времени

at< ) t< включится именно та секция, кЬторая необходима по условиям компенсации изменения напряжения сети, Например, напряжение И „быстро снизилось до величины, меньшей уставки включения второй секции, Хотя канал управления первой секции при этом также прийдет в действие, включится

5

l5 ное, возможен при высокой стабильности взаимного расположения уставок

Ц сначала только вторая секция, так как выдержка времени дС на ее включение меньше, чем д t . Аналогичное явление произойдет при быстром повышении напряжения сети. Следовательно, получен дополнительный эффект автоматического выбора необходимой по условию регулирования напряжения реактивной мощности секции конденсаторной батареи, Эффект увеличения ступеней регули рования по сравнению с числом секций конденсаторной батареи возмбжен при достаточно точной настройке и, главрегулирования всех каналов управления, что обеспечивается использованием общих для всех каналов управления преобразователя напряжения и источника опорного напряжения, а также принятой конструкцией и схемой включения элемента выбора уставок, неподверженного влиянию внешних факторов.

В случае равных по мощности ступеней регулирования преимущество данного автоматического регулятора заклю" чается лишь в упрощении системы регулирования, по крайней иере, при числе секций в = 3-4 благодаря отказу от применения программной приставки и упрощению канала управления секцией, в котором не требуется логическая часть.

При необходимости регулирования конденсаторной батареи по напряжению сети к току выгрузки автоматический регулятор напряжения может быть дополнен элементом токовой компенсации любого типа. При этом основные принципы многоступенчатого регулирования не изменяются.

В случае односекционной конденсаторной батареи в результате использования лишь одного канала управления также возможно упрощение системы автоматического регулирования, Применение многоканального автоматического регулятора данного типа о возможно и в качестве статистического анализатора качества напряжения при обеспечении его соответствующим выходным устройством.

Зкономическая эффективность применения предлагаемого изобретения по сравнению с известными заключается в уменьшении потерь электроэнергии в сети благодаря возможности получения большего, чем число секций батареи, количества формула изобретения

13 9458

:тупеней регулирования и воэможности звтоматического выбора необходимой

1о условиям регулирования реактивной мощности ступени, а также - в. улучшении режима напряжения в сети бла-,одаря уменьшению ширины зон нечувстзительности для ступеней, меньших по чощности, чем наибольшая.

Кроме того, упрощается система ре- Р гупирования и более рационально используется коммутационная аппаратура, 1. Автоматический регулятор напряжения для конденсаторной батареи, со- держащий преобразователь напряжения с регулируемым резистором на выходе, рр имеющим регулировочное ответвление, элемент выбора уставок, источник опорного напряжения и канал управления, секцией батареи, включающий в себя блок сравнения, элемент выдержки вре- 25 мени и исполнйтельное реле, о т Jl us a n g v и с я тем, что, с целью повышения точности управления и секциями конденсаторной батареи, в него введен и - 1 канал управления, П - 1 эле- Зр мент выбора уставок и и- 1 параллельно соединенные регулируемые резисторы с регулировочными ответвлениями, причем входы элементов выбора уставок подключены соответственно к и регули35 ровочным ответвлениям резисторов, а их выходы - к первым входам блоков сравнения, к вторым входам которых

55 14 присоединен общий для всех каналов управления источник опорного напряжения.

2. Автоматический регулятор по п.1, отличающийся тем, что, в качестве элемента выбора уставок применена цепь двух параллельно соединенных групп дополнительных резисторов с регулировочными ответвлениями, причем последовательно в цепь первой груп. пы дополнительных резисторов введен замыкающий контакт исполнительного реле, размыкающий контакт которого включен последовательно в цепь второй группы соответствующего канала управления, а к регулировочным ответвлениям групп дополнительных резисторов подключена пара диодов, имеющих об" щий вывод.

3. Автоматический регулятор по п.1,отличающийся тем, что элемент выдержки времени содержит операционный усилитель с группой ре" зисторов элемента выдержки времени, на входе и с конденсатором в цепи обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Устройство автоматическое типа

APKOH-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Рижский опытный завод "Латвэнерго",1975.

2. Авторское свидетельство СССР

N 316151, кл. H 02 3 3/12, 1965.

3. Выключатель автоматический ВАКО.

Техническое описание. Рижский опытный завод "Латвэнерго", 1975.

4. Авторское свидетельство СССР 521557, кл. H 02 э 3/ I2, 1975. 945855

Составитель Г. Дамская

Реоактор Л, Гратилло Техреду Е.Харитончик Корректор Г. Решетник

Заказ 5331/И Тираж 9 11 Подписное

ВНИИПИ Государственногб комитета СССР по делам изобретений и открытий

1t)0)5 Москва И-35 Раушская наб. g. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,