Регулятор статического компенсирующего устройства

СОВЕТСНИХ ТИЧЕСКИ СОЮ РЕСПУБЛИК 1)5 Н 02 Л 3/18 РЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВ нах- Л 2Ток питающей испольэомышенным во ескогоформи тирисо рассоЗР 2 Ч -апазо ранйен сторами в ди ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕН АВТОРСКОМУ СнИ(71) Владимирский политехнический институт.(56) Авторское свидетельство СССР У 1267532, кл. Н 02 Л 3/ 18, 1985.(54) РЕГУЛЯТОР СТАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСИ РУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА(57) Изобретение относится ктехнике и предназначено длявания в электрических сетях пленных предприятий .с реэкопернагрузками. Цель изобретенияшение точности и помехоустойчобеспечивается за счерегулирования интеграрованием импульсов уцрторами 18, 19 от углагласования в интервалах О --72 сети модулируется импульсами, сдвинутыми относительно напряжения сети на 90 эл .град. Выходной сигнал модулятора 4, постоянная составляющая которого пропорциональна реактивной составляющей тока, поступает на первый интегратор 8, а с его выхода - на блок формирования импульсов управления тиристорами 18, 19, который работает по принципу интегрирования входного сигнала. В первой и третьей четверти периода с помощью интегратора 12 со сбросом интегрируется выходной сигнал первого интегратора, а во второй и четвертый - опорное напряжение. По достижении входным напряжением интегратора 12 со сбросом уровня переключения порогового элемента 13 происходит формирование импульса управления, который через схему распределения 9, 14, 15 поступает на тиристор, потенциал на аноде которого положительный. 1 з.п.ф-лы,3 илИзобретение относится к электротехнике и предназначено для исполь-,зования в электрических сетях промышленных предприятий с резкопеременными нагрузками.Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости.На фиг. 1 приведена Функциональная схема регулятора статическогокомпенсирующего устройства; нафиг. 2 схема логического блока; на фиг. 3 временные диаграммы работы устрбйства,Регулятор статического компенсирующего устройства содержит первичный преобразователь 1 тока питающейсети, первичный преобразователь 2напряжения, источник 3 опорного на.пряжения, модулятор 4 р фазовращатель 205, первый 6 и второй 7 релейные элементы, первый интегратор 8, логический блок 9, коммутатор 10, формирователь 11 импульсов сброса, второй интегратор 12 со сбросом, пороговый 25 элемент 13, первый 14 и второй 15 двухвходовые элементы И, первый 16 и второй 17 формирователи импульсов управления тиристорами, первый 18 и второй 19 встречно-параллельно30 включенные тиристоры, реактор 20 и конденсаторную батарею 21.В регуляторе статического компенсирующего устройства последовательно соединены первичный преобразователь 1 тока, модулятор 4 и первый интегратор 8, выход которого подключен к первому информационному входу коммутатора 10, второй вход которого соединен с выходом источника 3 опорного напряжения, а выход через последовательно соединенные второй интегратор 12 и пороговый элемент 13 подключен к объединенным первым входам первого 14 и второго 15 элементов И, вторые входы подклю, чены соответственно к второму и третьему выходам логического блока 9 а выходы подключены соответст 1венно через, первый 16 и второй 17 формирователи импульсов управления тиристорами к управляющим входам встречно-параллельных тиристоров 18 и 19, выход первичного преобразователя 2 напряжения подключен к объеди- оненным входам фазовращателя 5 и второго релейного элемента 7, выход фазовращателя 7 через первый релейный элемент 6 подсоединен к первомуу = хл у = х, у хЬ хх.х,3 л Чф 2 Чэ (хл х) Логический блок содержит третий 22 и четвертый 23 двухвходовые логические элементы И, двухвходовый логический элемент ИЛИ 24 и первый 25 и второй 26 логические элементы НЕ. Первый вход хл логического блока подключен к объединенным первым входам третьего элемента И 22 и элемента ИЛИ 24, вторые входы которых также объединены и соединены с вторым входом х логического блока, вы-. ходы третьего элемента И 22 и элемента ИЛИ 24 подключены к входам соответственно первого 25 и второго 26 элементов НЕ, входы четвертого элемента И 23 соединены с выходами первого элемента НЕ 25 и четвертого элемента И 24, выходы третьего 22 и четвертого 23 элементов И и второго элемента НЕ 26 служат выходами логического блока (у, у, уРегулятор статического компенсирующего устройства работает следующим образом. Напряжение питающей электрической сети Я= 0 л з 1 пы где Бл, и д - амплитуда и частота поступает на вход первичного преобразователя 2 напряжения, а с еговыхода - на входы фаэовращателя 5 ивторого релейного элемента 7. Приэтом на выходе фазовращателя действует гармонический сигнал, сдвинутыйпо фазе относительно напряжения пита"ющей сети Ц на 90 эл.град.: входу логического блока 9 и управля-/ющему входу модулятора 4, второй вход логического блока 9 соединен с выходом второго релейного элемента 7, а первый выход логического блока 9 подключен к управляющему входу коммутатора 10 непосредственно, а также к установочному входу второго интегратора со сбросом 12 - через формирователь 11 импульсов сброса.Логический блок (фиг. 2) реализует Функцию( Т/4 и ЗТ/4й ( Т,при 0при 0 (Т/2при Т/2Т,Оец О, при ОЕт/4 и Т/2СЗТ/4,Ц=Ц 11= 0 при Т/4т/2 и ЗТ/4ЕТ,Бе при Т/4йТ/20 прч 0Т/4 и Т/21Т,Бз =х, Л х Ое приО, = х Л хв.ь0 при ЗТ/4г.Т 0сЗТ/4. 35 где К и К - коэффициенты передачипервичного преобразовагде Б = сопвС - напряжение, соответствующее уровню логической 1". Импульсы 11 с первого выхода логического блока 9 поступают на вход формирователя 11 импульсов сброса, на выходе которого действуют короткие импульсы Ц;, в моменты, соответствующие положительным фронтам импульсов ц,д, т.е. в моменты й, = О и й= = Т/2.Выходной сигнал Ц. первого релейного элемента управляет модулятором 4. При 0, = О коэффициент передачи модулятора 4 равен К = -1; а приП Р он равен К 4 1Импульсы Пв, с первого выхода логического блока 9 управляют коммутатором 10. При П,з, = О переключающий элемент коммутатора 10 находится в положении о, а при Ве = П е переключающий элемент находитсяв положении 6.Импульсы й и 1 Хз с второго и третьего выходов логического блока 9 поступают на вторые входы логичес-,6теля 2 напряжения и фазовращателя 5,Сигнал с выхода фазовращателя 5 поступает на вход первого релейного элемента б. На выходах первого 6 и второго 7 репейных элементов формируются последовательности прямоуголь" ных импульсов соответственно: Сигналы Ю и Ц. поступают на первый и второй входы логического блока ,9, на выходах которого формируются три импульсные последовательностиких элементов И 14 и 15, Таким образом обеспечивается разрешение навключение тиристора 19 только в интервале Т/41Т/2, а тиристора18 - в интервале ЗТ/4( Т. Ток питающей электрической сети451 м вдп (ыс + ) (1) где 1- амплитуда;- фазовый сдвиг тока относительно напряжения, щ преобразуется с помощью первичногопреобразователя 1 тока в напряжение 55 где К - коэффициент передачи первичного преобразователя 1 тока.Напряжение Ц поступает на входмодулятора 4, который формирует пери-одический сигналс периодом Т/2. Среднее значение выходного сигнала модулятора за период его повторения Т/2 равно3 Т/42 ГП =К -т зпа=4 ср 1 т мт(421 мК 1фф -- - - зпВТаким образом, постоянная составляющая выходного сигнала модулятора 4 пропорциональна реактивной составляющей тока сети.Сигнал Ц с выхода модулятора 8 поступает на вход интегратора 8, который формирует сигналВ 4оТак как напряжение 13, (г;) представляет собой сумму постоянной составляющей Б 4 (2) и высших гармоник4 срб , то выходной сигнал интегратора также можно представить в виде суммы постоянной составляющей О (0), отражающей начальные условия линейно изменяющегося напряжения48 ср В 4 ср2 К Кд 1 мЛ . зимуйФи высших гармоник6, =к,10,и)в. о При этом амплитуды высших гармонических составляющих на выходе интегратора 8 ослабляются в число раэ, пропорциональное номеру гармоники.Следовательно, при наличии реактивной составляющей тока напряжение на выходе интегратора 8 возрастает со скоростью, пропорциональной величине этой составляющей, Знак выходного сигнала интегратора 8 определяется знаком реактивного тока. При= 0 среднее значение импульсов на воде интегратора 8 равно 0 и, следовательно, среднее значение его выходного сигнала не изменяется.Коммутатор 10 подключает попеременно к входу второго интегратора12 со сбросом выходной сигнал интегратора 8 и опорное напряжение П.При 0йТ/4 и Т/2еЗТ/4на первом выходе логического блока 9действует сигнал П.9, = Б , которыйустанавливает переключающий элементкоммутатора 10 в положение а . Поэтому в указанные интервалы времени 20 к ВХОДУ Второго интегратора 12 ПОДключен выход первого интегратора 8.При Т/4сТ/2 и 3/Т/4 (Тсигнал на первом выходе логическогоблока 9 Б з = О, переключающий эле мент коммутатора 10 находится в положении 6 и к входу второго интегратора подключен выхсд источника3 опорного напряжения По.Формирование импульсов управлениятиристорами происходит в каждом полупериоде следующим образом. При0Т/2 на выходе первого релейного элемента 6 действует сигналП = Ь, поэтому коэффициент передачи модулятора 4 К = 1. В началеполупериода (г. = О) второй интегратор 12 со сбросом установлен в исходное состояние, при котором П,а(0)= О. В интервале времени ОТ/4 40 на первом выходе логического блока9 действует сигнал й 9,= П, . Переключающий элемент коммутатора 10 уста" .новлен в положение а . Поэтому при0Т/4 к входу второго интегратора 12 со сбросом подключенвыход первого интегратора 8. В результате на выходе второго интегратора 12 формируется сигнал 50 Ц,.И) " КЦ, И) + К (О)а = сгде К " коэффициент передачи второтаго интегратора 12 со сбросом.При й = Твыходное напряжение второго интегратора 12 достигает зна- чения 10 Второе слагаемое в правой части выражения (3) представляет собой двойной интеграл от переменной составляющей напряжения на выходе модулятора за четверть периода. Так как при прохождении переменного сигнала через два интегратора амплитуды высших гармоник уменьшаются в число раз, пропорциональное квадрату частоты (например, пятая гармоника ослабляется в 25 раз, а седьмая в 49 раз) 25. то последним слагаемым в правоч части (3) можно пренебречь и записать уравнение (3) в виде . т(Ц 1( ) = К 1 3 ЦЗ+ ".Ю (0)2"К Кв К) 1 п зп у Тф 1 и +1 бФк. ц., (0) т) Т/4),При й = Т/4 происходит. изменение сигнала на первом выходе .логического блока 9 с П до О. В интервале Т/4 (йТ/2 на первом выходе логи ческого блока У действует сигнал П. = О. При этом переключающий элемент коммутатора 10 находится в положении б и к входу второго интегратора 12 со сбросом подключен ис точник 3 опорного напряжения П , В результате выходной сигнал второго интегратора 1.2 линейно возрастает от значения: П; (Т/4) в соответст 11вии .с выражением: . 5 О При достижении выходным напряжением второго интегратора 12 в момент времени 1 напряжения 0 переключео нния порогового элемента 13 происходит срабатывание последнего, т.е. его выходной сигнал скачком изменяется от 0 до П. Сигнал Ц, = Б поступает на объединенные первые входы первого 14 и второго 15 логических элементов И, на вторых входах которых действуют сигналы с второго и третьего выходов логического блока 9 соответственно 11= Б (на втором входе первого логического элемента И 14) и ц, = 0 (на втором входе второго логического элемента,И 15). Следовательно, высокий потенциал Ц. = Уповторяется на выходе первого элемента И 14. Импульс с выхода первого элемента И 14 через первый формирователь 1 б импульсов управления поступает на управляющий вход второго тиристора 19, потенциал на аноде которого при 0 ( ЕТ/2 положительный,При Т/2 ( йТ работа устройства происходит аналогично, но импульс управления с выхода порогового элемента 13 через второй логический элемент И 15 и второй формирователь 17 импульсов управления поступает на управляющий вход первого тиристора 18, потенциал на аноде которого положительный.Определим статическую характеристику устройства в виде зависимости угла включения тиристоров от выходного напряжения первого интегратора 8 в установившемся режиме, т.е. приц = О. Для этого подставив в уравнение (4) значения переменных у =О. С = 1; П, (й ) = Б получаюткц (О) тП + К Бя а и ОПп ТК (5)ы 4Решив уравнение (5) относительноугла включения тиристоровоТимеютГ 2 Бп 1 ц (0)1а 1: Г +Если параметры регулятора выбрать таким образом, чтобы выполнялось со- отношение2 0 я 1К во Тто зависимость угла включения тиристоров от выходного напряжения первого интегратора 8 в установившемся режиме принимает вид Г П 4 (О) 1(6)10 1 + Х+ а Г к где- активная составляющая, р= 251 м соя у яда ы 1;- реактивная составляющая основной гармоники, д, == 1 яхнсояы 1;1 - ток компенсирующего устройкства.Ток компенсирующего устройства, в свою очередь, является суммой двух составляющих: нерегулируемого тока конденсаторной батареи 21, опережающего напряжение на 90 эл,град. 1 соя ыГ,к ь. к.о и р егулируемог о тир ис тор ами гока реактора 20, основная гармоника которого-1 к созеВ исходном состоянии в установившемся режиме при ы = 0 напряжение 4на выходе первого интегратора 8 содержит постоянную составляющую Ц, (0), за счет которой формируются импульсы управления с такой фазой, при которой ток компенсирующего устройства по модулю равен, а по фазе противоположен реактивной составляющей тока нагрузки. При этом обеспечивается полная компенсация реактивного тока нагрузки,При изменении, например при увеличении индуктивного тока нагрузки 50 Из уравнения (б) следует, что угол включения тиристоров изменяется отпри Й 8 (О) щ 0 цо 8/2 при Ц, (О) : ц15Компенсация реактивной составляющей тока нагрузки происходит следующим образом. Основную гармонику тока питающей электрической сети (1) можно представить в виде суммы трех состав- ляющих( ч ( О), происходит уменьшение постоянной составляющей Ю на вы 8 сеходе интегратора 8. В результате уменьшается управляющий сигнал на входе коммутатора 10, что в соответствии с уравнением (б) приводит к увеличению угла включения тиристоров 18 и 19 и, следовательно, уменьшению индуктивного тока, протекающего через реактор 20. Так как емкостной ток8., протекающий чек.8 фрез конденсаторную батарею 21, остается неизменным, а токр через реактор уменьшается, то, следовательно, возрастает емкостной токкомпенсирующего устройства. Это приводит к уменьшению реактивного тока питающей сети. Уменьшение постоянной составляющей на выходе первого интегратора 8 происходит до момента полной компенсации реактивного тока нагрузки, При этом на выходе интегратора устанавливается новое значение постоянной составляющей Ц (0), которая определяет углы включения тиристоров 18 и 19, при которых достигается полная компенсация реактивного тока нагрузкиВ случае перекомпенсации () О) происходит увеличение постоянной сос-, тавляющей П.8 на выходе первого интегратора 8, уменьшение углов вклюсрчения тиристоров 18 и 19,следовательно, увеличение индуктивного тока через реактор 20. В результате емкостной токкомпенсирующего устройстква уменьшается, Уменьшение этого тока происходит до тех пор, пока в сети не установится режим полной компенсации реактивного тока нагрузки. Таким образом обеспечивается астатическое регулирование реактивного тока в узле нагрузки.Логический блок 9.(фиг. 2) работает следующим образом.На входы третьего логического элемента И 22 поступают выходные сигналы первого 6 и второго 7 релейных элементов Ь, и Ц. (сигналы х, и х ). На его выходе формируется сигнал Ъ = х, Л х, который является сигналом второго выхода логического блока Ц,8,. Сигнал цпо.тупает на вход первого элемента НЕ 25, на выходе которого при этом формируется напряжение П= х, л х , На входы логического элемента ИЗИ 24 поступают входные сигналы х и х, при1584032 14 20 25 30 35 40 45 О+3 хю х, х,50 блока. этом П ху х . Сигнал П, инвертируется с помощью второго логи" ческого элемента НЕ 26, в результате чегоформируется сигнал третьего выхода логического блока Цух Л хЯ в Сигналы Ци Ц.поступают на вход четвертого логического элемента И 23, который формирует сигнал И ,Ь (х,.л х, И(хух)+ хф Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает астатическое регулирование значения реак:тивного тока нагрузки на уровне, равном О. Астатизм достигается за счет использования первого интегратора 8. При этом статическая ошибка регулирования реактивного тока равна О. Формула изобретения 1, Регулятор статического компенсирующегоустройства, состоящее из конденсаторной батареи, реактора и блока встречно-параллельных тиристоров, содержащйй первичный преобразователь тока питающей сети, первичный преобразователь напряжения, фаэовращатель, цодключенный к выходу первичного преобразователя напряжения, первый и второй формирователи , импульсов управления тиристорами, - " о т ли ч а ю щ,и й с я тем, чо, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него дополнительновведены источник опорного напряжения,последовательно соединенные модулятор и первый интегратор, коммутатор, последовательно соединенные второй интегратор со сбросом и пороговый элемент, первый и второй релейные элементы, логический блок, реализующий функцию формирователь импульсов сброса, первый и второй двухвходовые элементн И, выходы которых подключены к вхо" дам соответственно первого и второго формирователей импульсов управления тиристорами, первые входы объединены и подключены к выходу порогового элемента, первый выход у логического1блока подключен к управляющему входу кбммутатора и через формирователь импульсов сброса соединен с устаховочнь 1 м входом второго интегратора со сбросом, второй уи третий уз выходы логического блока подсоедйнены к вторым входам элементов И, первый х,и второй хвходы логического блока соответственно через первый и второй релейные элементы соединены с выходами фазовращателя и первичногопреобразователя напряжения, информа"цнонный вход модулятора подключен квыходу первичного преобразователятока, а управляющий вход соединенс выходом первого релейного элемента,выходы первого интегратора и источника опорного напряжения подключены к информационным входам коммутатора, выход которого подключен к входу второго интегратора со сбросом.2. Регулятор по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что логическийблок содержит два двухвходовык элемента И, два элемента НЕ и двухвходовый элемент ИЛИ, первые входы третьего элемента И и элемента ИЛИ объединены и соединены с первым входом х,логического блока, вторые входытретьего элемента И и элемента ИЛИОбъединены и.,подключены к второму входу х логического блока, выходытретьего элемента И и элемента ИЛИподключены к входам соответственнопервого и второго элементов ЯЕ, входы четвертого элемента И соединены с выходами первого элемента НЕ и элемента ИЛИ, выходы четвертого элемента И, элемента ИЛИ и второго элемента НЕ служат выходами логического1584032 и ставителя В.Клещенхред И,Коданич Со коедактор О.Головач Те Корректор И.Шароши 416 сное ГКНТ СССР по изобретениям и открытиям-35, Раушская наб., д. 4/5 инат "Патент", г. Ужгор Гагарина, 101 венно-издательски аказ 2260 Тир ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, фэ,т ФУАД) Ьуд