Устройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих генераторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХсОци Рлис тиче скихРЕСПУБЛИК и Н 02 1 3/4 ГОСУДЙРСТВЕННЫИ КОМИ;ЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМ(54) УСТРОЙСТВО НАПРЯЖЕНИЯ С ГРУЗОК ПАРАЛЛ ГЕНЕРАТОРОВ (57) Использовани стности для авто(21) 4869351/07 (22) 28,09,90 (46) 23,08,92. Бюл (71) Пермский пол (72) Ю.Н,Хижняко (56) Авторское сви Й, кл, НАвторское сви М 1365242, кл. Н ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫРАВНИВАНИЕМ НАЕЛЪНО РАБОТАЮЩИХ е; в электротехнике, в чаматического регулирова 2ния напряжения с выравниванием реактивных нагрузок параллельно работающих генераторов, Цель - повышение качества работы. Сущность изобретения: устройство содержит генераторы 1 и 2, датчики нагрузки 3 и 4, шины 5 с нагрузкой 6, сумматоры 7, 8, 10, 20 и 22, генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) 12, ключевые элементы 14-16 и 18, блок релейных элементов 91-9, блоки ключевых элементов 191-19 п и 211-21 п, компараторы 11 и 12 и инвертор 17. В устройстве повышается быстродействие и точность поддержания напряжения на шинах генераторов, Это достигается смещением сигнала на выходе ГЛИНА на величину его амплитуды, 4 ил.20 Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического регулирования напряжения с выраюв нанием реактивных нагрузок параллельно оаботающих электромашинных генераторов,Известно устройство для автомнтичЕ- ского регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающих генераторов, содержащее датчики нагрузки и ключевые элементы по числу генераторов, первые входы ключевых элементов подключены к выходу релейного элемента, выполненного с входом для подключения к шинам и уставке заданного напряжения, вторые входы ключевых элементов соединены с выходом блока выбора экстремального тока нагрузки, а их выходы соединены с выводами для подключения обмоток возбуждения генераторов,причем первый вход блока выбора зкстремал ьного тока нагрузки соединен с.выходомрелейного элемента, а второй - с выходомблока датчиков нагрузки.Метод экстремального генератора с настройкой на максимум и минимум, реализуемый н данном устройстве, увеличивает вдва раза частоту антоколебаний и, как следствие, уменьшает их амплитуду.Известно, что частота автоколебаний врелейной системе определяется в основномобъектом регулирования, Для релейной системы с инерционным объектом регулирования такой способ коррекции частотыавтоколебаний является не эффективнымиз-за низкой частоты собственных автоколебаний, что является недостатком устройства,Наиболее близким к предлагаемому потехническому эффекту является устройстводля регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллельно работающихгенераторов, содержащее датчики нагрузкии ключевые эле".енты по числу генераторов,элемент сравнения с входами для подключения к выходу датчиков нагрузки, релей ный элемент с входами для подключения кпитающим шинам, уставке заданного напряжения и ныхоу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входом элемента сравнения, блок выбора экстремального тока нагрузки, содержащий инвертор и четыре элемента И, где выход элемента сравнения соединен с входами первого и четвертого элементов И и через инвертор с входами второго и третьего элементов И, прямой выход релейного элемента соединен с входами первого и второго элементов И, а инверсный выход - с входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого и третьего элементов И соединены с входом ключевого элемента первого генератора, а выходы второго и четвертого элементов И соединены с входом ключевого элемента второго генератора,Дополнительное воздействие генератора линейно изменяющегося напряжения на вход релейной системы при выполнении условий захвата автоколебаний позволяет подавить собственные автоколебания в ней, что обеспечивает инвариантность к объекту регулирования, Теперь в системе идут вынужденные колебания с частотой генератора линейно изменяющегося напряжения, задавая которые, можно получить желаемую динамиу в системе,Таким образом, после коррекции релейной системы методом вибрационной линеаризации получена широтно-импульсная (ЗИМ) система регулирования, реализуемая данным устройством.Наряду с положительныщ свойствами, а именно иннариантностью к объекту регулирования, коэффициент усиления системы теперь зависит от величины амплитуды генератора линейно изменяющегося напряженил, Однако уменьшать его амплитуду целью повышения качества быстродействия) точности регулирования в квазиустановившемся режиме и т.д,) беспредельно нельзя, так как это приведет к срыву колебаний,Цель изобретения - повышение качества работы устройства,Поставленная цель достигнута в устройстве для регулирования напряжения с выравниванием нагрузки между параллельно работающими генераторами, содержащем генераторы с датчиками реактивной нагрузки, шины с нагрузкой, первый сумматор, вычитающий вход которого соединен с шиной, а суммирующий - с уставкой заданНого напряжения, второй сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходами первого генератора а вычитающий - с выходом датчика нагрузки второго генератора, генератор линейно изменяющегося напряжения и дна ключевых элемента,Новым в устройстве является то, что в него введены три умматора, блок релейных элементов, два компаратора и два блока ключевых элементов, а также инвертор и два ключевых элемента, где выход первого сумматора соединен с суммирующим входом третьего сумматора и входами блока релейных элементов, выходы которых соединены с вычитаощими входами третьего сумматора и с входами, соответственно. первого и второго блока ключевых элементов, выходы третьего и второго сумматоров соединены, соответственно, с первыми входами первого и второго компараторов,втааые входы катоОых, соответственна., са"единены с первым и вторим входами генератора линейно ггзмеияюгцегася напряжения,Выход первого компаратора соединен через 5инвертор с входами первого и,второго ключевых элементов, выход Второго компаратора соединен с входом четвертого ключевогоэлемента и через инвертор с входом таетьега ключевого элемента, выходы первого 10блока ключевых элементов, первого итретьего ключевых элементов соединены ссуммирующими входами четвертого сумматора, выходы второго блока ключевых элементов, второго и четвертого ключевых 15элементов соединены с суммирующимивхадалги пятого сумматора, выходы четвертого и пятого сумматоров соединены с входами соответственно, первого и второгогенераторов, 20Вновь введенные в устаайства элементы формируют канал регулируемого неполнага притока ,РНП), который корректируетбыстродействие и точность поддержаниянапряжения генераторов на шинах, Для 25формирования канала РНП требуется смещение сигнала на выходе генератора линейно изменяющегося напряжения навеличину его амплитуды,Блок релейных элементов формирует 30дискретный сигнал из сигнала на выходепервого сумматора,Третий сумматор выявляет разностьмежду текущим и дискретным значениямисигнала на выходе первого сумматора, 35Блоки ключевых (транзисторнь х) эле- .ментов усиливают па мощности уровниРНП, формируемого блокам релейных элементов,Четвертый сумматор формирует результирующее управляюгцее воздействиепервого генератора, Пятый сумматор формирует результирующее управлягащее воздействие второго генератора, Первыйкомпаратор выполняет широтно-импульсную модуляцию сигнала с выхода третьегосумматора, Второй сумматор выполняетширотно-импульсную модуляцию сигнала свыхода второго сумматора, Первый и второй ключевые элементы усиливают по 50мощности сигнал с выхода первого компаратора, . ретий и четвертый ключевые элементы усиливают по мощности сигнал свыхода второго компаратара.Уровни ступеней РНП выбраны равными один другому.На фиг,1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - принципиальнаясхема Нрелейнаго элемента; на фиг.З - статистическая характеристика блока релейных элементов; на фиг,4 - зпаргя формирования ШИМ сигнала на вь:ходе первого и второго кампараторов,Устройство для регулирования напряжения с Выравниванием нагрузок параллельно работающих геггераторов (фиг.1) содержит генераторы 1 и 2 с обмотками возбуждения (не показаны). На выходе генера- тороВ 1 и 2 поДключены Датчики 3 и 4 нагрузки. Шина 5 с нагрузкой 6 соединена с вычита:ощим входом сумматора 7, на суммируащий Вход которого подключена уставк; заданного напряжения, Выходы датчиков 3 и 4 нагрузки подключены к сумматору 8, Выход сумматора 7 соединен с выходами блока релейных элементов 91-9 п и с суммиру.,ащим входом сумматора 10, у которого вычитагощие входы соединены с выходами блока релейных элементов 9 гл, Выходы сумматоров 10 и 8 подключены к входам компараторав 11 и 12, у которых другие входы соединены с выходами генератора 15 линейно изменяощегося напряжения, Выход кампаратора 11 соединен с входами клачевых элемегтав 14 и 15, Выход компаратора 12 соединен через инвертор 17 с входом ключевого элемента 16 и с входом клгачевога элемента 18, Выход блока ключевых элементов 19 гВ и выходы ключевых элементов 14 и 16 соединены с суммирующими входами сумматора 20, выход которого соединен с входом генератора 1. Выходы блока ключевых элементов 211-21 п и выходы ключевых элементов 15 и 18 соединены с суммиругащими входами сумматора 22, выход которого соединен с входом генератора 2.Релейный элемент (фиг.2) содержит компаратор 23 с входными резиста"ами 24 и 25, охваченный положительной обратной связью с помощыа резисторов 26 и 27, делитель напряжения на резисторах 28 и 29 с коэффициентом деления а; и элемент сравнения, включающий в себя операционный усилитель 30 и реизсторы 31-33. Делитель напряжения на резистрах 28, 29 задает ширину петли Гистерезиса, Козффицггент усил ения операционного усилителя 30 равен единице, Уставка сигнала Пуст.г реализуется на переменном резисторе 34,Формирование дискретного сигнала 0 из аналоГОВОГО сиГнала Ь О=ОЗ-О с ОГр чичениемло, из аЛО =.О, изОвыполняется с.помощью группы релейных элементов 91-9 г. путем суммирования их выходных сиГналав,Статистическая характеристика 1-релейного элемента (фиг,3) имеет уровень Ост.ьширину петли гистерезиса г = с 4 Ост. и смещсна вправо на величину Осо - -(+1- а)Ост.1,"исла и выбирается 3-4, чтобы не усложнять 5устройство,Примем, что все уровни релейнцх элементов равны Ост и коэффициент деленияа;с=0,5, Тогда е =0,5 Ост.: Осм=(+0,5)Ост,Уставка 1-релейного элемента Оуст. и текущее значение дискретного сигнала Оо определяются по формуламОуст,. =. (+1)Ост 1=1 и; Оо=Ост 1=1,п15где- число возбужденных из п релейныхэлементов,Сигнал отклонения Л ОО.=Ь О-О с выхода сумматора 10 яаляетсл входным сигналом кампаратора 11, а сигнал Л 1=1-12 с 20выхода сумматора 8 - входным сигналомкомпаратора 12, На компараторы 11 и 12также подаются сигналы с выходов генератора 13 линейно изменяющегося напряжения.25Формирование однополярнцх импульсаа на выходе компаратора 11 длительностью олимп,и, пропорциональнцхвыявленному отклонению Л О, достигаетсясмещением сигнала с выхода генератора 13на величину его амплитуды Агл,Из подобия треугольников Л ЯРС иЛ КТС (фиг,4 а) следует0,5 Т 0,5 Т , Р2 Аглили1 импрО =ЬО,е Тгл, о2 АглФормирование однополярных импульсов на выходе компаратора 12 дли.- 45 тельностью Ьмп,дь пропорциональных выявленному отклонению Л 1, достигается подачей на вход компаратора 12 выходного сигнала генератора 13 без смещения,Из подобия треугольников Л КЯТ и 50Ь РВТ (фиг.4 б) следуетЛ),4 АтлТогдатицп,ы,5 Тгл+2 йт-+2 Агл Тгл2 АглТаким образам, на выходе кампараторов 11 и 12 формируются две последовательности прямоугольных импульсов с разной длительностью, которые зависят от соотноаения Агл и входных сигналов Л О и Л 1, но с равным периодом следования Тсл, которое задается генератором 13.Уровень 1-ступени РНП Ост формируется 1-релейным элементом и выбирается равным Атл из условия, что включение 1-ступени уменьшает длительность импульсоа на выходе кампаратора 11 вдвое, причем число дискретаа сигнала О определяет число ступеней РНП, Максимальное значение РНП равно Ощ=и Агл.Поичем площадь 1-ступени РНП за период Т,л на выходе 1-ключевого элементаЯ=0,5 Аимп Тгл,где Аимп - амплитуда импульса, формируемого 1-ключевым элементом,Уровень 1-ступени РНП за 1-ключевым элементамЬ =- 0,5 Аимп. 5 ТглКоэффициенты усиления ключевых элементов 19 1-19 п. 211-21 п, 14-16 и 18 выбраны равными иопределяются по формуле11 АимпК =Ост 2 АглУправляющее воздействие, формируемое ключевыми элементами 191-19 п на генератор 1 и ключевыми элементами 211-21 п на генератор 2, определяется по формуле,и 1 =11=0,5 1 АимпУправляющие воздействия, формируемые ключевыми элементами 14 и 15 на генераторы 1 и 2 соответственно равны,И 2 =Аимп)1тимп. ЛОгде ут -- скважность импульсовТглна выходе компаратора 11,Управляющее воздействие, формируемое ключевым элементом 16 на генератор 1,равнотимп. Лгде 2 - . - скважность импульсовГглна выходе компаратора 12,Управляющее воздействие, формируемое ключевым элементом 18 на генератор 2,равно/4 =Аимп3асими. Л 10где ) = --- скважность импульсовТлна выходе инвертора 17.Суммарное управляющее воздействиена генератор 1 равно р т15,д,=И +В+Лгз =Аим 10 З- у +Ф1Суммарное управляющее воздействиена генератор 2 равнор20,г =,И 1 +,П 2 +,ИЗ =Аимц(0,51 11 + 13)гУстройство работает следующим образом,При параллельной работе генераторов251 и 2 пусть Л О 2 Агл иЛ 1Ал, что говорито выполнении условий захвата автоколебаний в системе, На выходе компараторов 11и 12 формиоуются последовательности импульсов. Воздействие последовательностиимпульсов с выхода компаратора 11 черезключевые элементы 14 и 15 совместно своздействием РНП через блоки ключевыхэлементов 191-19 и 211-21 на оегулирующие органы генераторов, соотвегстаенно,35обеспечивают поддержание напояжения нашинах 5 равным заданному значению. Воздействие последовательности импульсоа свыхода компаратора 12 через ключевые элементы 16 и 18, соответственно, на регулиру 40ющие органы генераторов 1 и 2 обеспечиваетраспределение реактивной мощности междуними с заданной точностью.При набросе активно-реактивной нагрузки 6 возникает пропал напряжения нашинах 5 и, как следствие, почвление сигнала на выходе сумматора 7. Это вызовет срабатывание 1 релейных элементов 9.Соответствующее срабатывание ключевыхэлементов 191-19 л и 211-21 в фоРсиРованноувеличит возбуждение генераторов 1 и 2,что за минимальное время восстановит напряжение на шинах 5. По мере восстаноаления напряжения на шинах 5 релейныеэлементы 191-19 П и 211-21 л будут частично55отключаться,Отключение, например, генератора 2 оттгшин 5 вызовет срыв ШИМ входного сигналакомпаРатоРа 12, так как 2=.0, Ь=1 Агл. На выходе компаратора 12 появляется едини ца, которая через инвертор 17 закрывает ключевой элемент 16 и открывает ключевой элемент 18 отключенного генера ора 2,При отключении генератора 1 от шин 5 ТОК 1=0, - Л 1=-12 1 Ал , ЧТО ТЭКЖЕ ВЫЗОВЕТ срыв ШИМ входного сигнала компаратора 12, На его выходе формируется ноль. что закрое.г ключевой элемент 18 и откроет через инвертор 17 ключевой элемент 16 отключенного генератооа 1,Применение предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяе 1 существенно повь:сить качество подд.ржания напряжения на шинах, которое эв:л 10 чается в повышении быстродейс 1. Ня работы устройства (уменьшение времени первого восстановления напряжения на шинах после наброса нагрузки); повышении точности поддержания напряжения на шинах в кпазиустановившемся режИме из-за увеличения коэффициента усиления устройства: повышении устойчивости работы устройства из-за отсутствия срыва ШИМ при набросе нагрузки,Дополнительно это повысит производительность питаемого электрооборудования и живучесть автономной электроэнергетической системы в целом. Формула изобретения Устройство для регулирования напряжения с выравниванием нагрузок параллель- но работающих генераторов, содержащее генераторы с датчиками нагрузки, шины, первый сумматор, вычитающий вход которого соединен с шиной, а суммирующий - с уставкой заданного напряжения, второй сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходом датчика нагрузки первого генератора, а вычитающий - с выходом датчика нагрузки второго генератора, генератор линейно изменяющегося напряжения, два ключевых элемента, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества работы устройства, в него введены три сумматора, блок релейных элементов, два компаратора, два блока ключевых элементов, инвертор и два ключевых элемента, выход первого сумматора соединен с суммирующим входом третьего сумматора 1 входами блока релейных элементов, выходы которых соединены с вычитающими входами третьего сумматора и с входами соответственно первого и второго блока ключевых элементов, выходы третьего и второго сумматоров соединены соответственно с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соответственно соединены с первым и вторымвыходами генератора линейно изменлющегосл напрлженил, выход первого компаратора соединен с входами первого и второго клсчевых элементов, выход второго компаратора соединен с входом чегвертого ключевого элемента и через инвертор с входом третьего клочевого элемента, ыходц первого блока клочевых элементов первого и тр 8 тьеГО ключевых эл 8 ментоВ соединены с суммирующими входами четвертого сумматора, ВыхОДы ВтОрОГО блока ключ 8 вых элементов второго и четвертого ключевых 5 элементов - с суммирующими входами пвТОГО СУММЭТОРЭ, ВЫХОДЫ ЧЕТВВРТОГО И ПЯТОГО сумматоров соединены с входами соответственно первоГО и второГО Ген 8 рэторОВ,1757018 Составитель Ю. Хижняковазаренко Техред М,Моргентал ректор Н, Слободяник Редактор роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 акаэ 3095 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 415