Регулятор компенсирующего устройства

(19) 0233 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ вания компенсирующими устройствами. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик компенсирующего устройства за счет увеличения быстродействия регулятора. Это достигается тем, что в регулятор компенсирующего устройства, состоящего из конденсаторной батареи 25, реактора 24 и блока встречно-параллельных тиристоров 22, 23, обеспечивающего управление по реактивному току питающей сети, дополнительно введена коррекция по производным от активного и реактивного составляющих тока, Формирование корректирующего сигнала осуществляется последовательной цепочкой, состоящей из блока 1 задержки, элемента 5 сравнения, второго модулятора 8 и управляемого ключа 13, 2 ил,%11й политехнич ии инстиев 088.8) видетельство СС 02,1 3/18, 198 видетельство СС 02 1 3/18, 198(54) РЕГУЛЯТО УСТРОЙСТВА 57) Изобретени ке и может быть Р КОМПЕНСИ ктротех относится к зл спользовано дл гули ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУИзобретение относится к электротехнике, предназначено для использования в электрических сетях промышленных предприятий с резкопеременными нагрузками и является усовершенствованием изобретения по авт. св. М.1584032.Цель изобретения - улучшение динамических характеристик,На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора компенсирующего устройства; на фиг. 2 - схема логического блока; на фиг. 3 - временные диаграммы работы регулятора,Регулятор компенсирующего устройства содержит блок 1 задержки, первичный преобразователь 2 тока питающей сети, первичный преобразователь 3 напряжения, источник 4 опорного напряжения, элемент 5 сравнения, первый модулятор 6, фазовращатель 7, второй модулятор 8, первый 9 и второй 10 релейные элементы, первый интегратор 11, логический блок 12, управляемый ключ 13, коммутатор 14, формирователь 15 импульсов сброса, второй интегратор 16 со сбросом, пороговый элемент 17, первый 18 и второй 19 двухвходовые элементы И, первый 20 и второй 21 формирователи импульсов управления тиристорами, первый 22 и второй 23 тиристоры, реактор 24, конденсаторную батарею 25.В регуляторе компенсирующего устройства последовательно соединены элемент 5 сравнения, второй модулятор 8 и управляемый ключ 13, управляющий вход которого объединен с управляющим входом коммутатора 14 и соединен с первым выходом логического блока 12, а выход подключен к суммирующему входу интегратора 16 со сбросом, суммирующий вход элемента 5 сравнения объединен с входом блока 1 задержки и подключен к выходу первичного преобразователя 2 тока, а вычитающий вход подключен к выходу блока 1 задержки, управляющий вход второго модулятора 8 объединен с управляющим входом первого модулятора 6 и соединен с выходом первого релейного элемента 9, последовательно соединены первичный преобразователь 2 тока, первый модулятор 6 и первый интегратор 11, выход которого подключен к первому информационному входу коммутатора 14, второй вход которого соединен с выходом источника 4 опорного напряжения, а выход через последовательно соединенные второй интегратор 16 со сбросом и пороговый элемент 17 подключен к объединенным первым входам первого 18 и второго 19 элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к второму и5 10 15 20 гУ 1 У 2, УЗ (Х 1 Х 2) = т 1 = Х 19(2,У 2 = ХХ 2Уз = ХзЛХг,30 35 40 45 50 55 третьему выходам логического блока 12, а выходы подключены соответственно через первый 20 и второй 21 формирователи импульсов управления тиристорами к управляющим входам встречно-параллельных тиристоров 22 и 23, выход первичного преобразователя 3 напряжения подключен к объединенным входам фазовращателя 7 и второго релейного элемента 10, выход фазовращателя 7 через первый релейный элемент 9 подсоединен к первому входу логического блока 12, второй вход которого соединен с выходом второго релейного элемента 10, а первый выход соединен с управляющим входом коммутатора 14 непосредственно, а к установочному входу второго интегратора 16 со сбросом - через формирователь 15 импульсов сброса.На фиг. 2 приведена схема логического блока, реализующего функцию Логический блок содержит третий 26 и четвертый 29 двухвходовые логические элементы И, двухвходовый логический элемент ИЛИ 27, первый 28 и второй 30 логические элементы НЕ, Первый вход Х логического блока подключен к объединенным первым входам третьего элемента И 26 и элемента ИЛИ 27, вторые входы которых также объединены и соединены с вторым входом Хг логического блока, выходы третьего элемента И 26 и элемента ИЛИ 27 подключены к входам соответственно первого 28 и второго 30 элементов НЕ, входы четвертого элемента И 29 соединены с выходами первого элемента НЕ 28 и элемента ИЛИ 27, выходы четвертого 29 и тргетьего 26 элементов И и второго элемента.НЕ 30 служат выходами логического блока (У 1,У 2;Уз).Временные диаграммы, иллюстрирующие работу регулятора компенсирующего устройства, показаны на фиг. 3, где обозначено:- ток питающей электрической сети; О - напряжение в узле нагрузки. Выходные сигналы элементов устройства обозначены символом О с индексом, соответствующим номеру элемента. Первый, второй и третий выходы логического блока обозначены соответственно Оал, Оа.г, О 12.з.Регулятор компенсирующего устройства работает следующим образом.Напряжение питающей электрический сети1721705 О= Омзи ат; 09= при 01 Т ЗТ/4 1 Т; е и Яи 0 1 Т/2 О при Т/2 с 5 Т 7=КзК 70 мз где Ое=со 15 щее уров Сигна и второй выходах к сные посл 20е 2=К 21 т пере ока. поступ которы где К 2 - , коэффициен преобразователя 1 тНапряжение 02 вого модулятора б, риодический сигнал ачи первичног ает на вход перй формирует пегде Ом и в-амплитуда и частота, поступает на вход первичного преобразователя 3 напряжения, а с его выхода - на входы фазовращателя 7 и второго релейного элемента 10, При этом на выходе фазовращателя действует гармонический сигнал, сдвинутый по фазе относительно напряжения питающей сети О на 90 эл,град. где Кз и К 7 - коэффициенты передачи первичного преобразователя 3 напряжения ифазовращателя 7. Ое при О 1Т/12 1 = 093 Ц 1 о =О при Т/4 тОе при Т/41 ТАХ 2 = О при О т Т/ Импульсы 012,1 с первого выхода логического блока 12 поступают на вход формирователя 16 импульсов сброса, на выходе которого действуют короткие импульсы 015 в моменты, соответствующие положительным фронтам импульсов 012,1, т.е. в моменты 11=0 и 12=Т/2,Выходной сигнал Од первого релейного элемента управляет первым б и вторым 8 модуляторами, При 09=0 коэффициенты передачи первого 6 и второго 8 модуляторов равны Кб=К 8=-1, а при 09=0 е они равны К 6 =Кз=+1.Импульсы 012.1 с первого выхода логического блока 12 управляют коммутатором 14 и управляемым ключом 13, При 012,1=0 переключающий элемент коммутатора 14 находится в положении а, а управляемый ключ 13 разомкнут. При 012,1=0 е переключающий элемент коммутатора 14 находится в положении б, а управляемый ключ 13 замкнут,Импульсы О 12,2 и 012,з с второго и третьего выходов логического блока 12 посту К 2 м 3 п(сл +ф) при 09 = Ое(Т/4 - Кг м з и (ал + ф) и ри 09 = 0 (О Сигнал с выхода фазовращателя 7 поступает на вход первого релейного элемента 9. На выходах первого 9 и второго 10 релейных элементов формируются последо вательности прямоугольных импульсов соответственноОе при Т/4 тЗТ/4; пы - напряжение, соответствуюню логической единицы, .лы 09 и 01 о поступают на первый входы логического блока 12, наоторого формируются три импуль- едовательности пают на вторые входы логических элементов И 18 и 19, Таким образом, обеспечивается разрешение на включение тиристора 23 только в интервале 5 Т/41 Т/2, а тиристора 22 - в интервалеЗТ/41 Т. Ток питающей электрической сети О =Мзи (вам+1),где м - амплитуда;1/7 - фазовый сдвиг тнапряжения, .5 преобразуется с помообразователя 1 тока в нс ЗТ/4);т Т/4 и ЗТ/4 т Т),1721705 Таким образом, постоянная составляющая выходного сигнала первого модулятора 10 6 пропорциональна реактивной составляющей тока сети.Сигнал 06 с выхода первого модулятора 6 поступает на вход интегратора 11, который формирует сигнал 15 011= К 11 3 06(т)а. оТак как напряжение Оф) представляет 20 собой сумму постоянной составляющей 06 ср (2) и высших гаРмоник 06, то выхоДной сигнал интегратора 11 также можно представить в виде суммы постоянной составляющей 011 (0), отражающей начальные 25 условия линейно изменяющегося напряже- ния 011 срЯ) = К 1106 срт 30 2 К 2 Кз 1 М Ли высших гармоник ФЪ ъ011=К 11,Г06(1)б 1.о К 2 Л 1 М (т) 81 п (ий - ф) при Оэ = Ое (Т/4 (с (ЗТ/4);- Кг Ьм(т) ып(в 1 - ф) при Оэ =0(0 с Т/4 и Зс/4 т Т),с периодом Т/2. Среднее значение выходного сигнала первого модулятора 6 за период его повторения Т/2 равно ЗТ/42 м К 206 ср=К 2 Х 1 м 31 п ж сс 11 31 п ф.Т/4(2) При этом амплитуды высших гармонических составляющих на выходе интегратора 11 ослабляются в число раз, пропорциональное номеру гармоники.Следовательно, при наличии реактивной составляющей тока напряжение на выходе интегратора 11 возрастает со скоростью, пропорциональной величине этой составляющей. Знак выходного сигнала интегратора 11 определяется знаком реактивного тока, При ф= 0 среднее значение импульсов на входе интегратора 11 равно 0 и, следовательно, среднее значение его выходного сигнала не изменяется.Коммутатор 14 подключает попеременно к второму входу второго интегратора 16 со сбросом выходной сигнал интегратора 11 35 40 45 50 55 и опорное напряжение Оо, При 0 1 Т/4 и Т/21 ЗТ/4 на первом выходе логического блока 12 действует сигнал 012,1=0, который устанавливает переключающий элемент коммутатора 14 в положение а, Поэтому в указанные интервалы времени к второму входу второго интегратора 16 подключен выход первого интегратора 11. При Т/41 Т/2 и ЗТ/4 сТ сигнал на первом выходе логического блока 12 О 12,1=0, переключающий элемент коммутатора 14 находится в положении б и к второму входу второго интегратора 16 подключен выход источника 4 опорного напряжения Оо. Выходной сигнал 02 первичного преобразователя тока поступает на вход блока 1 задержки, который выполняет задержку сигнала 02, пропорционального тока 1, на период Т,Сигнал 01 с выхода блока 1 задержки поступает на вычитающий вход элемента 5 сравнения, на суммирующем входе которого действует сигнал 02(т). При этом на выходе элемента 5 сравнения формируется сигнал 05=02 01=К 21 м(1)31 п( ил - ф)- -К 21 м( с-Т) з 1 п(со т/=Кг 1 м(т)-1 м(с-Т)2з п(в 1- ф)=К 2 Л 1 мз 1 п( ил/г). Таким образом, на выходе элемента 5 сравнения формируется напряжение, пропорциональное разности сигналов, пропорциональных току сети, задержанному на период. Если амплитуда тока постоянна, то сигнал на выходе элемента 5 сравнения равен О, Если амплитуда тока линейно возрастает, то на выходе элемента 5 формируется переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна скорости изменения тока, а фаза совпадает с фазой тока. Если амплитуда тока линейно уменьшается, то на выходе элемента 5 сравнения формируется напряжение, амплитуда которого пропорциональна скорости изменения тока, а фаза сдвинута на 180 эл,град, относительно сигнала переменного тока. Выходной, сигнал элемента 5 сравнения поступает на информационный вход второго модулятора 8, который формирует периодический сигнал1721705 10 амплитуды высших гармоник уменьшаются в число раз, пропорциональное квадрату частоты (например, пятая гармоника ослабляется в 25 раз, а седьмая - в 49 раз), то вторым 5 слагаемым в правой части(3) можно пренебречь и записать уравнение (3) в виде(4) Первое слагаемое в выражении (4) представляет собой интеграл от реактивной составляющей тока электрической сети, второе слагаемое пропорционально скорости изменения активной составляющей тока 20 сети, а третье слагаемое пропорциональноскорости изменения реактивной составляющей тока.Следовательно, в момент времени .-Т/4на выходе второго интегратора со сбросом фоРмиРуется управляющий сигнал, представляющий собой сумму напряжений, пропорциональных интегралу от реактивного тока сети и производным от активной и реактивной составляющих тока.При г=Т/4 происходит изменение сигнала на первом выходе логического блока 12 с Ое до О. В интервале Т/41 Т/2 на первом выходе логического блока 12 действует сигнал 012.1=0. При этом переключающий эле мент коммутатора 14 находится вположении б и к входу второго интегратора 16 со сбросом подключен источник опорного напряжения Оо. В результате выходной сигнал второго интегратора 16 со сбросом линейно возрастает от значения Оы(Т/4) в соответствии с выражением оо 40+ К 2 К 16Л 1 мз и( сЯ ф)бг,огде К 16 - коэффициент передачи второго интегратора 16 со сбросом.При г=Т/4 выходное напряжение второ го интегратора 16 со сбросом достигает зна- чения(5) 50 о о При достижении выходным нем второго интегратора 16 сомоментвременигонапряжения О5 чения порогового элемента 17 исрабатывание последнего, т.е. егсигнал скачком изменяется от 0нал 017=0 е поступает на объпервые входы первого 18 и второ апряженисбросом в и переклюроисходит о выходной до Ое, Сигединенные го 19 логи 2 лвой части выраой двойной инсоставляющейулятора за чети прохождении два интегратора 2 кВторое слаг жения (3) предс теграл от пер напряжения на верть периода. переменного си аемое в пра тавляет соб еменной выходе мод Так как пр нала через Сигнал с выхода второго модулятора 8 через управляемый ключ 13 поступает на первый вход второго интегратора 16 со сбросом. Так как управляемый ключ 13 замкнут в интервалы времени 0 1 Т/4 и Т/2 1 ЗТ/4, а в интервалах времени Т/41 Т/2 и ЗТ/41 Т разомкнут, то выходной сигнал Ов второго модулятора 8 подключается к входу второго интегратора 16 со сбросом в интервалах времени 01 Т/4 и Т/2 тЗТ/4.На второй вход второго интегратора 16 со сбросом поступает выходное напряжение коммутатора 14.Формирование импульсов управления тиристорами происходит в каждом полупериоде следующим образом. В начале каждого полупериода (1=0 и с= Т/2) второй интегратор 16 со сбросом устанавливается выходным импульсом формирователя 15 импульсов сброса в исходное состояние, соответствующее О ы=О. В интервале времени 01 Т/4 переключающий элемент коммутатора 14 установлен в положение а, так как сигнал 012,1=0 е, Следовательно, к первому и второму входам второго интегратора 16 со сбросом подключены выходы соответственно первого и второго модуляторов, В результате на выходе второго интегратора 16 со сбросом формируется сигнал016(г)=Кы ) 011(г) + 011(0)+ Ов(г)бг=о(6) ческих элементов И, на вторых входах кото- устройства по модулю равен, а по фазе прорых действуют сигналы с второгоорого и третьего тивоположен реактивной составляющей товыходовлогического лока сб 12 соответствен- ка нагрузки. При этом обеспечиваетсяно О 12,2=Од (на втором входе логического полная компенсация реактивного тока наэлемента И 18) и О 12,=0(на втором входе 5 грузки,второго логического лго элемента И 19). Следо- При изменении, например при увеличетока наг зки 0),вательно, высокий потенциал О 7=Од повто- нии индуктивного тока нагрузки ( фяется на выходе пе ваго элемента И 18, происходит уменьшение постоянной соИмпульс с выхода первого элемента И 18 ставляющей О 11 ср н вчерез первый формирователь 20 импульсов 10 тегратора 11. В результате уменьшаетсяуправления поступает на управляющий управляющий сигнал на втором входе втовход второго тиристора , и т23 о енциал на рого интегратора 16 со сбросом, Кроме того,аноде которого при с и0 -Т/2 оложитель- в течение переходного процесса на первомвходе второго интегратора 16 со сбросом вный.П и Т/2 сТ работа устройства проис интервалах времени 0 с Т/ /0 Т/4 и Т/2 с ЗТ/4ходит аналогично, но импульс управления с действует сигнал, интеграл от которого провыхода порогового элемента 17 через вто- порционален сумме производных от активрой логический элемент И 19 и второй фор- . ной и реактивной составляющих тока.ми ователь 21 имп льсов уп авл н Уменьшение сигнала на выходе второгопоступает на управляющий вход первого ти интегратора со с р ра 16 со сб осом и иводит в соотистора 22, потенциал на аноде которого ветствиисуравнением(6)кувеличениюугларистора , потвключения тиристоров 22 и 23 и, следоваположительный.Статическая характериристика устройства тельно, уменьшению индуктивного тока .р,г че ез еакто 24. Так какпри постояннойамплитудетока,т,е, Ьм=О, протекающего через реактор . ак как25 емкостной ток ,б, протекающий черезконденсаторую батарею 25, остается неизменным, а ток к,р через реактор уменьшаетОцОча=к 1гО,ся,то,следовательно, возрастаетемкостноитоккомпенсирующего устройства, Этоет что гол вклю приводит к уменьшению реактивного токаИз уравнения (6) следует, что угол включения ти исторов изменяется от л при питающей сети, меньшени ичения тир рсоставляющей на выходе первого интегра 0)=0 о й/2 и и О 11(0) = Оо.тора 11 происходит до момента полной комит сле ю им пенсации реактивного тока нагрузки. Приомпенса ия еактивной составляющеи тока нагрузки происходит следу щимобразом Ссновну г рщей электрической сети ( ) м р д(1) можно и едста- н вставляющей О 11(0), которая определяет углывить в виде суммы трех составляющихвключения тиристоров 22 и 23, при которыхдостигается полная компенсация реактив= а+ +кгде а - активная составляющая, а=мсозфд р К40 ного тока нагрузки.зпсо с;внои В случае перекомпенсации ( ф 0)р- реактивная составляющая основнойпроисходит увеличение постояннойст ойства составляющей О 11 с.р на выходе первогоники=мзпй созвс;45 интегратора 11 уменьшение углов включеТок компенсирующего устроиств интелигкон увеличение индуктивного тока через реакто 24. В результате емкостной ток ккомденсаторной бат р, рпенсирующего устройства уменьшается,50 Уменьшение этого тока происходит до техми ока еак о а пор, пока в сети не установится режим пол= . созе сса ии реактивного тока нагруз 24, основная гармоника котор рки, Таким образом, обеспечиваетсяастатическое регулирование реактивногок,р=к.р соз Ой.. 55 тока в узле нагрузки,В исходном состоянии в установившемблок 12 (фиг. 2) работаети с= 0 нап яжение на выходеЛогический локся режиме при с- - напряжениследующим образом, На входы третьего лопервого интегратора д р11 со е жит постоянгического элемента И 26 поступают выходную составляющую и( ),О (0), за счет которойные сигналы первого 9 и второго 10формируются импульсы управления с такойфазой, при которой ток компенсирующего1721705 13 14 25 д) 70 релейных элементов 09 и 01 о (сигналы (Х 1 и Х 2). На его выходе формируется сигнал 026=Х 1 Л Х 2, который является сигналом второго выхода логического блока 012,2. Сигнал 02 в поступает на вход первого элемента НЕ 28, на выходе которого ори этом формируется напряжение 02 в= Х 1 Л Х 2. На входы логического элемента ИЛИ 27 поступают входные сигналы Х 1 и Х 2, при этом 027=Х 1 Ч Х 2. Сигнал 027 инвертируется с помощью второго логического элемента НЕ 30, в результате чего формируется сигнал тоетьего выхода логического блока 012,З=Х 1 ЛХ 2. Сигналы 02 В и 027 пОСтупаЮт на вход четвертого логического элемента И 29, который формидет сигнал012,1=029=(Х 1 А Х 2) Л (Х 1 ЧХ 2)= Х 19(2, . Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает улучшение динамических характеристик регулирования компенсирующего устройства за счет повышения быстродействия устройства, которое достигается введением в сигнал управленияпроизводных от активной и реактивной составляющих тока,5 Формула изобретенияРегулятор компенсирующего устройства поавт, св.%1584032,отл ича ющийс я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, в него введены блок 10 задержки и последовательно соединенныеэлемент сравнения, второй модулятор и управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с первым выходом логического блока, а выход подключен к 15 суммирующему входу интегратора со сбросом, суммирующий вход элемента сравнения объединен с входом блока задержки и подключен к выходу первичного преобразователя тока, а вычитающий вход - к выходу 20 блока задержки, управляющий вход второгомодулятора соединен с выходом первого релейного элемента,1721705 зтух Чг Р 3 б Ц Ц и,Составитель С,МалафеевРедактор С.Пекарь Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерява оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 959 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5