Адаптивный регулятор компенсатора реактивной мощности

(51)5 Н 02 Э 3/18 64 А 1 РЕСПУБЛ ТЕН АНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИС Е ИЗС)БР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4700375/07 (22) 23.03,89 (46) 07.05,91, Бюл. М 17 (71) Высшее техническое учебное заведение "Севмашвтуз" (72) С.Н.Едемский, В,А.Матигоров и А,И.Черевко (53) 621.311.1,004.183 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М 1070644, кл. Н 02 ) 3/18. 1982.Авторское свидетельство СССР 1 ч. 1372466, кл. Н 02 1 3/18, 1986. (54) АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, повышающим качество электроэнергии. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей регулятора, Устройство может работать как в режиме поддержания напряжения узла нагрузки, так и в режиме компенсации мощности нагрузки, Компаратор 7 знака сигнала обеспечивает включение-отключение секций конденсаторных батарей блоком 24 по одному каналу формирования кодовой комбинации управления на регистре 23 в соответствии счетчика 20и(в первом режиме). Запуском и остановом генератора 11 управляет компаратор 10 в зависимости от уровня сигнала на его входах от выпрямителя 5, аналогового коммутатора 3, входного сигнала датчика 2 РЕаКтИВНОй МОЩНОСТИ Овых 5 И аНаЛОГОВОГО сУмматоРа 6 Овыхб, опоРного сигнала 00 п 1 И СИГНаЛа ОбратНОй СВЯЗИ Овых.18, фсрмируемого по цепочке генератор 11 суммирующий счетчик 13- цифро-аналоговый преобразователь 18. При Овых 5Овыхб=Ооп,1 коммутатор 10 запускает генератор 11 и останавливает его при соотношении Овых 5 Овыхб=Ооп 1+ Овых 18. Одновременно счетчик 13 обнуляется, а по импульсу одновибратора 19 считывает код с регистра 23, происходит переключение секций конденсаторной батареи, обеспечивающее поддержание напряжения узла нагрузки, при КОТОРОМ Овых 5Оп,1 И СХЕМа ЗатОРМажИВается. Во втором режиме переключатель 8 й обеспечивает обнуление счетчика 20 и одинаковые условия его работы со счетчиком 13, выдачу опорного сигнала Овп.2 с анало- а гового коммутатора на аналоговый сумма- Яс, тор 6. В остальном работа схемы аналогична ф работе схемы в первом режиме, 3 ил.45 10 15 20 25 30 35 40 45 55 Изобретение относится к электроэнергетике и, в частности, к устройствам компенсации реактивной мощности и повышению. качества электроэнергии.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей регулятора засчет изменения его режимов работы прирегулировании баланса реактивной мощности или поддержании напряжения узла нагрузки.На фиг.1 представлена блок-схемаадаптивного регулятора компенсатора реактивной мощности; на фиг.2 и 3 - временнце диаграммы, поясняющие принципработы регулятора.Адаптивный регулятор содержит измеритель отклонения напряжения (ИОН) 1,датчик 2 реактивной мощности (ДРМ), аналоговые коммутаторы 3 - 4, прецизионныйвыпрямитель 5, аналоговую схему 6 суммирования, компаратор 7 определения знакасигналов,; программный переключатель 8режимов(ППР), компаратор 9 сброса суммирующего счетчика, компаратор 10 запускагенератора 11 импульсов, логический элемент 2 И 12, суммирующий счетчик 13, логические элементы ЗИ - НЕ 14-16, логическийэлемент НЕ 17, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18, одновибратор 19, реверсивный двоичный. счетчик 20, логическийэлемент 4 ИЛИ 21, логический элемент 4 И -НЕ 22, регистр 23 памяти, блок 24 включения секций конденсаторов.,Регулятор работает следующим образом.В режиме максимальных нагрузок энергосистемы компенсатор используется вфункции компенсации реактивной мощности с целью уменьшения сумммарной реактивной мощности потребителей.В остальных режимах компенсатор реактивной мощности используется для поддержания напряжения в узлах подключениянагрузки.Сигнал, пропорциональный току нагрузки 1(1), поступает на второй вход ДРМ 2(фиг.1), на первый вход которого и на входИОН 1 поступает сигнал, пропорциональный напряжению О(т) на шинах узла нагрузки. На выходе ИОНформируется сигнал,пропорциональный отклонению напряжения на шинах от оптимального значения,который поступает на первый вход аналогового коммутатора 3. На выходе ДРМ 2 формируется сигнал, пропорциональныйреактивной мощности, потребляемой нагрузкой, который поступает на второй входаналогового коммутатора 3,ППР 8 задает режим работы регулятора,В режиме работы регулятора в функции компенсации реактивной мощности на выходе ППР 8 формируется сигнал логической "1", а в режиме работы в функции регулирования напряжения - сигнал логического О. Этот сигнал управляет режимом работы аналоговых коммутаторов 3 и 4. При появлении на выходе ППР логического 0 этот сигнал поступает на вторые управляющие входы аналоговых коммутаторов 3 - 4, а через логический элемент НЕ 17 поступает на первые управляющие входы аналоговых коммутаторов 3-4. В этом режиме аналоговый коммутатор 3 разрешает прохождение сигнала, пропорционального отклонению напряжения с выхода ИОН 1 на вход прецизионного выпрямителя 5, при этом аналоговый коммутатор 4 разрешает прохождение Ооп 1 на второй вход аналоговой схемы 6 суммирования,При появлении ла выходе ППР 8 логической "1" на вторые управляющие входы аналоговых коммутаторов 3 - 4 через логический элемент НЕ 17 поступает логический "0", а на первые упраалягощие входы аналоговых коммутаторов 3 - 4 - логическая "1". В этом случае аналоговый коммутатор 3 разрешает прохождение сигнала, пропорционального значению реактивной мощности с выхода ДРМ 2 на вход прецизионного выпрямителя 5, при этом аналоговый коммутатор 4 разрешает прохождение О 0,2 на второй вход аналоговой схемы 6 суммирования. ОпоРное напРЯжение Ооп 1 опРеДелЯетзону нечувствительности регулятора в режиме регулирования напряжения на шинах узла выгрузки, соответстаующую изменению напряжения при подключении одной секции конденсаторов компенсатора,Опорное напряжение Ооп 2 определяет зону нечувствительности регулятора в режиме компенсации реактивной мощности, соответствующую изменению значения реактивной мощности при подключении одной секции конденсаторов компенсатора,Сигнал с выхода аналогового коммутатора 3 поступает на вход компаратора 7 определения знака сигналов. Положительный сигнал с выхода аналогового коммутатора 3 соответствует или снижению напряжения на шинах узла нагрузки ниже допустимого значения, или значению реактивной мощности потребляемой узлом нагрузки индуктивного характера, При атом на прямом выходе компаратора 7 определения знака сигналов появляется логическая "1",которая поступает на второй вход второго логического элемента ЗИ-НЕ 15, тем самым разрешая прохождение импульсоа с генератора 11 импульсоа на вход сложения "+1" реверсного счетчика 20,На инверсномвыходе компаратора 7 появляется логический "0", который поступает на второй вход третьего логического элемента ЗИ-НЕ 16, тем самым запрещая прохождение импульса с генератора 11 на вход шины вычитания "-1" реверсивного счетчика 20.Отрицательный сигнал с выхода аналогового коммутатора 3 соответствует повышению напряжения на шинах узла нагрузки выше допустимого значения. При этом выходные сигналы компаратора 7 определения знака изменяют свое значение и тем самым разрешают работу реверсивного счетчика 20 в режиме вычитания и запрещают его работу в режиме сложения,Прохождение импульсов с генератора 11 определяется также состоянием логических элементов 4 ИЛИ 21 и 4 И - НЕ 22. Логический элемент 4 ИЛИ 21 выполняет функции ограничения обратного счета. При появлении на выходах реверсивного счетчика 20 логических нулей логический элемент 4 ИЛИ 21 запрещает прохождение импульсов с генератора 11 через логический элемент 3 И-НЕ 16 на шину вычитания "-1" реверсивного счетчика 20. Логический элемент 4 И-НЕ 22 выполняет функцию ограничения прямоо счета. При появлении на выходах реверсивного счетчика 20 логических "1" логический элемент 4 И - НЕ 22 запрещает прохождение импульсов с генератора 11 через логический элемент 3 И - НЕ 15 на шину сложения "+1" реверсивного счетчика 20.Работа регулятора в режиме поддержания напряжения на шинах узла нагрузки. Сигнал, пропорциональный отклонению напряжения, поступает с выхода аналогового коммутатора 3 на вход прецизионного выпрямителя 5, на выходе которого формируется выпрямленное напряжение. Это напряжение поступает на первый вход компаратора 9 сброса суммирующего счетчика и на первый вход компаратора 10 запуска генератора импульсов,Если напряжение на выходе прецизионного выпрямителя 5, соответствующее отклонению напряжения на шинах узла нагрузки меньше напряжения с выхода аналоговой схемы суммирования б ОвыхОвнхб, то на выходе компаратора 10 запуска генератора импульсов появляется логический "0", который запрещает работу генератора 11, При этом суммирующий счетчик 13 находится в обнуленном состоянии, на выходе ЦАП 18 сигнал равен нулю. а на выходе аналоговой схемы 6 суммирования сигнал раВЕН Оол 1.В этом случае напряжение с выхода прецизионного выпрямителя 5, соответст 35 сигнал с ее выхода поступает на второй вход 40 55 5 10 15 2.0 25 30 вующее отклонению напряжения на шинах, меньше зоны нечувствительности Оол 1 и регулятор находится в заторможенном состоянии,Предположим, что в интервале времени то(фиг.2, Вых.5) сигнал, пропорциональный отклонению напряжения, увеличивается до некоторого установившегося значения (момент времени, 11), при этом в момент времени то он станет выше зоны нечувствительности Оол 1, тогда срабатывает компаратор 10 запуска генератора импульсов и высокий потенциал на его выходе (фиг.2, Вых.10) разрешает работу генератора 11 импульсов, выходные импульсы которого поступают через логический элемент 3 И-НЕ 15 на вход шины сложения "+1" реверсивного счетчика 20 (фиг.2, Вых.11) и на суммирующий вход счетчика 13. Реверсивный счетчик 20 начинает счет импульсов с генератора 11 в режиме сложения и на его выходах появляются высокие потенциалы, соответствующие двоичному коду 1:2:4;8, поступающие на вход регистра 23 памяти. Изменение логической кодовой комбинации на входах суммирующего счетчика 13 приводит к ступенчатому увеличению выходного напряжения ЦАП 18 (фиг,2, Вых 18), которое поступает на второй вход компаратора 9 сброса суммирующего счетчика и на первый вход аналоговой схемы б суммирования, В последней происходит суммирование напряжения с выхода ЦАП 18 и Оол 1 (фиг.2, Вых,б), после чего результирующий компаратора 10 запуска.В момент времени 12, когда потенциал с выхода схемы 6 становится больше потенциала с выхода прецизионного выпрямителя 5 фиг,2, Вых.5, Вых.б), срабатывает компаратор 10 запуска и низкий потенциал на его выходе запрещает работу генератора 11 импульсов, что приводит к остановке суммирующего счетчика 13 и реверсивного счетчика 20. Срабатывание компаратора 10 приводит также к запуску через элемент 3 И - НЕ 14 одновибратора 19 и формированию на его выходе импульса (фиг.2, Вых.19) который, поступая на шину считывания регистра 23 памяти, приводит к передаче цифрового кодового сигнала с регистра на вход блока включения секций конденсаторов,.подключение которых приводит к уменьшению отклонения напряжения до допустимого значения, которое определяется Оол 1 Тогда в момент времени тз сигнал, пропорциональный отклонению напряжения с выхода ИОН 1, изменяет свою величину, меньше, чем Оол 1. При этом напряжение с выхода выпрямителя 5 становится меньше10 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 сигнала с выхода ЦАП 18, что приводит к срабатыванию компаратора 9 сброса и сигнал на его выходе(фиг.2, Вых.9) приводит к обнулению суммирующего счетчика 13 и возврату ЦАП 18 в исходное нулевое состояние. Схема переходит в заторможенный режим работы,При дальнейшем снижении напряжения на шинах узла нагрузки равновесное состояние регулятора изменяется, повторяется предыдущий цикл работы, при этом изменяется цифровой код на входе регистра 23; который определяет новую комбинацию вкл ючения секций конденсаторов.При уменьшении нагрузки, а следовательно, увеличении напряжения на шинах, происходит изменение знака сигнала с выхода ИОН 1 и сигналОв с выходов компаратора 7 (фиг.2, момент времени т 4), Компаратор 7 запрещает прохождение сигналов с генератора 11 импульсов через логический элемент 3 И-НЕ .1 5 на вход сложения "+1" реверсивного счетчика 20 и разрешает их прохождение через логический элемент 3 И - НЕ 16 на вход вычитания "-1" реверсивного сетчика 20, при этом в момент времени 5 происходит срабатывание компаратора 10, запуск генератора 11 и изменение кодовой комбинации с выхода счетчика 20 приводит к отключению необходимых секций конденсаторов (момент времени 16). В момент времени 6 происходит обнуление ЦАП 18, при этом значение напряжения с выхода ИОН 1 находится в до- ПуСтИМЫХ ПрЕдЕЛаХ, ОПрвдЕЛяЕМЫХ Ооп 1, В результате схема находится в заторможенном состоянии.В режиме компенсации реактивной мощности. Сигнал логической "1" с выхода ППР.8 переключает аналоговый коммутатор 4 и аналоговый коммутатор 3, при этом на выходе аналогового коммутатора 3 присутствует сигнал, пропорциональный реактивной мощности нагрузки, а выходной сигнал аналогового коммутатора 4 определяет зону нечувствительности регулятора по реактивНОй МОЩНОСТИ Ооп 2 (фИГ.З). В СЛУЧаЕ, КОГДа сигнал, пропорциональный реактивной мощности нагрузки; не превышает зону нечувствительности регулятора, суммирующий счетчик 13 находится в обнуленном состоянии, на выходе ЦАП 18 напряжение равно нулю, При этом на выходе схемы 6 напряжение равно Ооп 2. В этом случае напряжение с выхода прецизионного выпрямителя 5 меньше напряжения с выхода схемы б, т.е. Ооп 2 и компаратор 10 запуска запрещает работу генератора 11 импульсов,В момент времени то, при превышении сигналом, пропорциональным реактивной мощности нагрузки с выхода выпрямителя 5, НаПРЯжЕНИЯ Ооп 2, ПРОИСХОДИТ СРабатЫВЭ- ние компаратора 10, который осуществляет запуск генератора 11, При этом импульсы с выхода генератора поступают на вход счетчика 13 и вход реверсивного счетчика 20, Так как сигнал, пропорциональный реактивной мощности нагрузки индуктивного характера, не изменяет своего знака, компаратор 7 находится в измененном состоянии при любом изменении величины реактивной мощности нагрузки, Следовательно, компаратор 7 запрещает работу реверсивного счетчика 20 в режиме вычитания. При работе генератора 11 происходит увеличение выходного напряжения ЦАП 18, при этом выходное напряжение аналоговой схемы б суммирования равно Овыхб=Оцап 18+Ооп 2 (фиг,З, Вых. 18, Вых,б),В момент времс ни 11, когда напряжение с выхода выпрямителя 5 меньше напряжения с выхода схемы б, происходит отключение компэрэтора 10 и остановка генератора 11, при этом происходит передача кодовой комбинации с выходов регистра 23 с помощью логического элемента 3 И-НЕ 14 и одновибратора 19, Этот цифровой код определяет необходимую комбинацию отключения секций конденсаторов,При дальнейшем увеличении сигнала с выхода выпрямителя 5 (фиг,З, момент времени т 2) работа регулятора полностью повторяется и в момент времени 1 з происходитпереключение секций конденсаторов,Предположим, в момент времени И происходит уменьшение сигнала, пропорционального реактивной мощности нагрузки, Тогда в момент времени 15 напряжение с выхода ЦАП 18 становится больше, чем нэпряжение с выхода выпрямителя 5, при этом срабагывает компаратор 9 сброса и логическая "1" с его выхода обнуляет суммирующий счетчик 13 и через логический элемент 2 И 12, на первом входекоторого присутствует логическая единица с выхода ППР 8, обнуляет реверсивный счетчик 20, Таким образом, счетчики 13 и 20 работают в одинаковом режиме т.е, в режиме суммирования. При этом регулятор снова переходит в режим изменения кодовой комбинации, а в момент времени 16 когда выполняется условие для передачи цифрового кода на вход блока 24 включения, происходит переключение секций конденсаторов, При дальнейшем изменении реактивной мощности нагрузки работа регулятора полностью повторяется.Использование регулятора позволяет автоматически, изменять режим его работы или программный способ, или по командамсистемы оперативно-диспетчерского управления. При этом компенсаторы реактивноймощности системы электроснабжения могут обеспечивать требования энергоснабжающей организации по компенсации реактивной мощности, а также осуществлять стабилизацию напряжения в узлах нагрузки,Формула изобретения Адаптивный регулятор компенсатора реактивной мощности, содержащий датчик реактивной мощности, подключенный к выходам трансформатора тока и напряжения, прецизионный выпрямитель, подключенный выходом к первым входам компаратора сброса суммирующего счетчика и компаратор запуска генератора импульсов, программный переключатель режимов, подключенный выходом к первому входу логического элемента 2 И, второй вход которого подключен к выходу компаратора сброса суммирующего счетчика и к первому входу суммирующего счетчика, а выход - к первому входу реверсивного счетчика, аналоговая схема суммирования подключенная первым входом к выходу цифроаналогового преобразователя и второму входу компаратора сброса суммирующего счетчика, а выходом - к второму входу компаратора запуска генератора импульсов, выход которого подключен к первому входу первого логического элемента 3 И-НЕ и входу генератора импульсов, подключенного своим выходом к первым входам второго и третьего логических элементов 3 И - НЕ и к второму входу суммирующего счетчика, при этом выходы суммирующего счетчика подключены к входам цифроаналогового преобразователя, а выходы второго и третьего элементов 3 ИН Е - к второму и третьему входам реверсивного счетчика, подключенного своими выходами к входам регистра памяти и входам ограничителей прямого и обратного счета, в свою очередь выходы регистра памяти под ключены к блоку включения конденсаторов,а выходы ограничителей прямого и обратного счетчика подключены к третьим входам первого и второго элементов 3 И - НЕ и к второму и третьему входам второго и треть его элементов 3 И-НЕ соответственно, компаратор определения знака сигнала, подключенный прямым и инверсным выходами соответственно к вторым входам второго и третьего элементов 3 И-НЕ, и 15 одновибратор, подключенный входом к выходу первого элемента 3 И - НЕ, а выходомк первому входу регистра памяти, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него до полнительно введены измеритель отклонения напряжения, два аналоговых коммутатора и логический элемент НЕ, причем вход измерителя отклонения напряжения подключен к выходу трансформатора 25 напряжения, а выход - к первому входу первого аналогового коммутатора, второй вход которого подключен к выходу датчика реактивной мощности, выход программного переключателя режимов подключен к вторым 30 управляющим входам первого и второгоаналоговых коммутаторов и через логический элемент НЕ - к первым управляющим входам этих коммутаторов, первый и второй входы второго аналогового коммутатора 35 подключены соответственно к опорным напряжениям, а его выход - к второму входу аналоговой схемы суммирования, выход первого аналогового коммутатора подключен к входу прецизионного выпрямителя и к 40 входу компаратора определения знака сигнала.1647764 Уа ох.18 сй Ощю Моп 2 Ьщс О Ь 1 У е о Ь С фигЗ Составитель В. БарскРедактор М, Бланар . Техред М,Моргентал Корректор О, Ци оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 каз 1409 Тираж 339 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5