SU1272401A1 - Устройство дл компенсации реактивной мощности - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике, в частности к устройствам дл  автоматического регулировани  реактивной мощности электрических сетей при помощи батарей косинусных конденсаторов.

Цель изобретени  - ограничение отключений напр жени  в сети и снижение потерь электроэнергии.

На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства дл  компенсации реактивной мощности; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 - структурна  схема распределител  импульсов, вход щего в логический блок устройства.

Устройство содержит секции конденсаторных батарей (КБ) 1.1 - l.n, блоки 2.1-2.« коммутации, датчик 3 реактивной мощности сумматор 4, пороговые элементы 5.1 и 5.2, компараторы 6.1 и 6.2, инвертирующий интегральный повторитель 7, схемы ИЛИ 8 и 9, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, элемент 11 выдержки времени, схему 12 совпадени , схему 13 стробировани , задающий генератор 14, распределитель 15 импульсов , реверсивный 16 счетчик, выходной регистр 17, формирователи сигналов включени  18 и отключени  19, блок 20 коррекции . Устройство также содержит делитель 21 частоты, триггер 22, сдвиговый регистр 23, схемы 24 совпадени , одновибратор 25, мультиплексор 26, датчик 27 частоты.

Устройство работает следующим образом.

На пр мой вход «-{- сумматора 4 непрерывно поступает сигнал /дрм, формируемый датчиком 3 реактивной мощности, который может быть реализован, например, по схеме, содержащей два фазосдвигающих блока, два умножител  аналоговых сигналов и сумматор , на входы которого подаютс  сигналы, пропорциональные двум напр жени м и двум токам трехфазной сети. Сигнал Удрм пропорционален величине реактивной мощности в сети.

На инверсный вход «- сумматора 4 с выхода блока коррекции поступает сигнал корректирующего напр жени  t/Kop, величина которого определ етс  требуемыми уровн ми реактивной мощности и величиной реактивной мощности ступени регулировани  (на фиг. 2 дл  примера показаны три временных интервала, дл  которых заданы требуемые уровни остаточной реактивной мощности сети; Qrp.i, ртр.2, Qrp.a).

Предположим, что на каждом суточном интервале реактивна  мощность должна удовлетвор ть услови м

6-13 ч Q(.i; (1) 13-20 ч Q(.2; (2) 20-24 ч; 0-6 ч Q(.3. (3) Поскольку конденсаторные установки регулируютс  ступенчато, услови  (1) - (3) преобразуютс  к виду:

QTP.(.I; (4)

QTp.(/)QTp.2; (5) QTp.(.3+Q. (6)

гдeQ - величина реактивной мощности, соответствующа  мощности ступени. Корректирующее напр жение /Укор на каждом временном интервале пропорционально значению реактивной мощности, сто щему в левой части неравенств (4)-(6). Например , дл  первого интервала .-Q. Блок 20 коррекции позвол ет в зависимости от текущего суточного интервала времени коммутировать различные уровни f/Kop, формируемые с помощью набора резистивных делителей.

На выходе сумматора 4 формируетс  напр жение и, равное

Lj; Lдрм -(Укор.(7)

На фиг. 26 в масщтабе реактивной мощности приведен примерный суточный график изменени  {Удрм, бкор и U без учета срабатываний устройства.

Сигнал подаетс  на пр мой «-)- и инверсный «- входы пороговых элементов

Q 5.1 и 5.2. На инверсный «- вход порогового элемента 5.1 и пр мой «-)- вход порогового элемента 5.2 поступают напр жени  порогов включени  и отключени  КБ соответственно t/пв и Um (показаны на фиг. 2в в масщтабе реактивной мощнос5 ти). При срабатывает пороговый элемент 5.1, что приводит к по влению единичного уровн  на его выходе. Пороговый элемент 5.2 срабатывает при (Уу« ;L/no. Параллельно сигнал f/j; поступает на пр мой вход «+ компаратора 6.1 и инверс ный вход «- компаратора 6.2. На компараторе 6.1 сигнал / срабатывает с выходным сигналом ЦАП 10. На компараторе 6.1 происходит сравнение U и сигнала, формируемого инвертирующим интегральным повторителем, на вход которого подаетс  выходное напр жение ЦАП 10.

Если выходной сигнал сумматора 4 находитс  в зоне нечувствительности:

,(8)

срабатывани  устройства не происходит.

Предположим, что на интервале времени /о-1 в соответствии с требовани ми энергосистемы в сети должен поддерживатьс  уровень реактивной мощности, удовлетвор ющий условию (6). В исходном состо нии

5 (момент времени о) сигнал на выходе сумматора удовлетвор ет условию (8) и на выходах пороговых элементов 5.1 и 5.2 установлены нулевые логические уровни. Схема выдержки времени, служаща  дл  исключени  реакции устройства на кратковремен ные и случайные колебани  реактивной мощности в сети, заблокирована. ЦАП 10 находитс  в исходном состо нии и его выходное напр жение равно Ц1о-На выходе инвертирующего интегрального повторител  7

при этом устанавливаетс  напр жение, равное /7п). На выходах компараторов устанавливаетс  единичный логический уровень . КБ 1.1 - 1.П к сети не подключены.

В таком состо нии устройство находитс  до момента времени tt, так как изменение сигнала на этом интервале не противоречит условию (8) (фиг. 2б). При этом в сети поддерживаетс  заданный энергосистемой уровень реактивной мощности (фиг. 2г)

Предположим, что с момента времени от /1 до /5 уровень реактивной мощности в сети должен соответствовать условию (4). В момент времени t срабатывает блок 20 коррекции и изменение Укор на его выходе приводит к соответствующему изменению U, величина которого превыщает Una. При этом на выходе порогового элемента 5.1 устанавливаетс  уровень логической единицы, на выходе компаратора 6.2 - уровень логического нул . Единичный сигнал на выходе порогового элемента 5.1 через схему ИЛИ 8 запускает элемент 11, на выходе которого по истечении требуемого времени выдержки Ьв устанавливаетс  единичный уровень, разрешающий прохождение тактовых импульсов задающего генератора 14 через схему 12 совпадени  на синхровходы ДАП 10 и реверсивного счетчика 16. При этом реверсивный счетчик 16 начинает отсчет импульсов в пр мо.м направлении, так как на его входе суммировани  «-|- поддерживаетс  единичный уровень с выхода порогового элемента 5.1. Одновременное приходом очередного тактового импульса измен етс  выходное напр жение ЦАП 10, дискретность изменени  которого пропорциональна реактивной мощности единичной ступени , генерируемой в сеть при подключении КБ 1.1 - 1.П.

Изменение состо ний реверсивного счетчика 16 и ЦАП 10 происходит до тех пор, пока выходной сигнал ЦАП 10 не превысит 6у. В данном случае (фиг. 2) ЦАП 10 формирует семь ступеней, что соответствует подключению к сети семи ступеней КБ 1.1 -1.п.

На выходе компаратора 6.1 устанавливаетс  нулевой уровень, который через схему ИЛИ 9 блокирует прохождение тактовых импульсов через схему 12 совпадени . Параллельно с этим нулевой сигнал с выхода схемы ИЛИ 9 поступает на вход схемы 13 стробировани , на выходе которой формируетс  импульс, запускающий в работу распределитель 15 и.мпульсов.

Распределитель 15 импульсов формирует управл емую последовательность стробов записи , подаваемых на выходной регистр 17. Причем очередность их формировани  зависит от состо ни  пороговых элементов. При срабатывании порогового элемента 5.1 (требуетс  включение секций КБН) стробирование должно осуществл тьс  в направлении от младшего разр да выходного регистра 17 к старшему. И наоборот, при срабатывании порогового элемента 5.2 формирование стробов необходимо проводить в пор дке от старшего разр да выходного регистра 17 к младщему. Несоблюдение указанной очередности стробировани  может привести к возникновению кратковременной перекомпенсации реактивной мощности в сети.

Распределитель 15 импульсов может быть реализован (фиг. 3) с помощью делит-ел  21 частоты, триггера 22, сдвигового регистра 23, схем 24 совпадени , одновибратора 25 и двухканального мультиплексора 26. В исход0 ном состо нии нулевой уровень с выхода триггера 22 блокирует прохождение сигналов через схемы совпадени . Выходы мультиплексора 26 наход тс  в состо нии логического нул . С приходом импульса за5 пуска триггер 22 устанавливаетс  в единичное состо ние и происходит начальна  установка сдвигового регистра 23 (запись «1 в младший разр д). Единичный уровень на выходе триггера 22 разрещает прохождение тактовых импульсов с делител  21

0 частоты на синхровход сдвигового регистра 23, на выходах которого формируетс  сигнал типа «бегуща  единица. Делитель частоты выбираетс  из услови  формировани  импульсов, период следовани  кото5 рых определ етс  выражением Гдч /к-1-/з, где /к - врем  коммутации одной секции КБ; /3 - требуема  задержка между двум  последовательны .ми срабатывани ми коммутационного оборудовани .

В зависимости от наличи  единичного

0 уровн  выходе пороговых элементов 5.1 или 5.2, а соответственно, и на входах управлени  мультиплексора 26 происходит активизаци  соответствующего канала мультиплексора 26, 1)0 которому выходна  информаци  сдвигового регистра передаетс 

5 на входы стробировани  выходного регистра 17. Причем соединение выходов сдвигового регистра 23 с входами каналов мультиплексора 26 выполнено по перекрестной схеме, что позвол ет управл ть направлением распространени  сигнала «бегу0 ща  единица. Так при срабатывании порогового элемента 5.1 выходные стробы формируютс  в пор дке от младшего разр да выходного регистра 17 к старшему.

Формирование выходных импульсов стро5 бировани  прекращаетс  с по влением единичного уровн  на выходе переноса сдвигового регистра 23. При этом запускаетс  одновибратор 25, который формирует выходной импульс сброса, а также устанавливает распределитель 15 импульсов в исход0 ное состо ние. Суммарное врем  распределител  15 импульсов определ етс  из выражени  Грн (и+1)Гдч, где п - количество формируемых стробов; Г.гч - период следовани  импульсов, формируемых делителем 21 частоты.

При заверщении последовательной поразр дной записи информации с выходов реверсивного счетчика 16 в выходном регистре 17 измен етс  баланс реактивной мощности в сети, уровень которой устанавливаетс  в пределах (выражение 4), соответствующих данному суточному интервалу времени. При этом Ly устанавливаетс  в зоне нечувствительности (выражение 8) устройства (фиг. 2в).

Врем  срабатывани  устройства равно 7с 1 Ьп+7р где Ьв - врем , определ емое элементом 11 выдержки времени, Г|) - врем  срабатывани  раснределитат  имнульсов 15. Таким образом, к моменту времени /I+/CP к сети нодключаетс  семь ступеней КБ (фиг. 2г).

В моменты времени t- и /.ч при нревыщении максимально допустимого уровн  реактивной мощности устройство срабатывает аналогичным образом, поочередно подключа  к сети еще две ступени КБ (изменение уровн  остаточной реактивной мощности изображено на фиг. 2г). В момент времени / i становитс  меньще (Уно, что нриводит к срабатыванию порогового элеменга 5.2 и компаратора 6.1. Запускаетс  элемент 11 и выдержки времени и к моменту времени /4+Ьв тактовые импульсы задающего генератора 14 поступают на синхровходы реверсивного счетчика 16 и ЦАП 10. Счетчик 16 начинает отсчет импульсов в режиме вычитани , так как на его вычитаюН1ем входе «- поддерживаетс  единичный уровень с выхода порогового элемента 5.2. При этом измен етс  и выходное напр жение ЦАП 10, а следовательно, и выходное напр жение инвертирующего интегрального повторител , а на выходе компаратора 6.1 устанавливаетс  нулевой уровень, блокирующий схему 12 совпадени . Одновременно с этим запускаетс  схема 13 стробировани . Отсчет импульсов на реверсивном счетчике 16 прекращаетс  и после срабатывани  счетчика 16 новый код коммутапии КБ 1.1 - .п переписываетс  в выходной регистр 17. Таким образом, к .моменту времени (фиг. 2 г) происходит отключение одной ступени КВ.

В момент времени ts (начало третьего суточного интервала) срабатывает блок 20 коррекции и на его выходе формируетс  новое значение (Укор, соответствующее данному суточному интервалу (фиг. 26). При этом U)iUm, что снова приводит к срабатыванию порогового элемента 5.2 и корректора 6.1. Дальнейща  работа устройства осущ ,ествл етс  аналогично описанному.

Таким образом, в момент /s+Tcp происходит отключение двух ступеней КБ, в момент /6+7 р отключаетс  еще одна ступень, а в момент /7+7ср подключаетс  одна ступень КБ. Остаточна  реактивна  мощность при этом удовлетвор ет требовани м выражени  (5).

С началом первого выделенного суточного интервала (момент времени t) после очередного срабатывани  блока 20 коррекции

на его выходе устанавливаетс  соответствующий уровень (Укор. Устройство при этом срабатывает аналогично описанному дл  момента времени /5. При этом отключаютс  четыре ступени КБ. В моменты времени tg и /15 изменение (7у приводит к отключению всех КБ и устройство возвращаетс  в исходное состо ние, соответствующее .моменту времени /о- Изменение уровн  остаточной реактивной мощности при этом соответствует требовани м (6) и графически изображено на фиг. 2г.

Использование изобретени  позвол ет создать многофункциональные и надежные устройства компенсации реактивной мощности , алгоритм работы которых можно гибко измен ть в зависимости от требований энергосистемы по оптимальной компенсации реактивной мощности в узлах сети. В отличие от известных устройств применение в

0 предлагаемом устройстве дополнительных элементов и схем позвол ет определ ть и подключать к сети такие комбинации ступеней КБ, которые ограничивают величину реактивной мощности сети на требуемом уровне, завис щем от времени суток, ве5 личины реактивных нагрузок требований энергосистемы. При этом исключаютс  нежелательные отклонени  напр жений от номинальных значений, имеющие место в энергосистемах в моменты минимума и максимума нагрузок. В сети создаютс  услови , нар ду с онти.мальной ко.мпенсацией реактивной мощности, дл  подержани  номинальных величин питающих напр жений, уменьщени  потерь электроэнергии, обеспечени  нормальной работы всех нагрузок. Кроме того, в предлагаемо.м устройстве исключена возможность одновре.менной коммутации требуемых наборов секций КБ, что значительно улучщает переходные режимы сети, уменьщает броски напр жений и ограничивает протекание сверхтоков, что благопри тно сказываетс  на работе коммутирующей аппаратуры и обеспечиваетс  нормальна  работа других электроприемников, подключепных к сети.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  компенсации реактивной мощности, содержащ.ее п секций конденсатор уых батарей, подключенных к сети через блоки коммутации, датчик реактивной мощности , входы которого подключены к соответствующим зажимам сети, и логический блок, включающий два пороговых элемента , два компаратора, элемент выдержки времени , задающий генератор, схему совпадени , первую схему ИЛИ, схе.му стробировани , цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий интегральный повторитель, реверсивный счетчик, формирователи сигналов включени  и отключени  секций, св занные с блоками коммутации конденсаторных батарей, при этом выход элемента выдержки времени подключен к входу схемы совпадени , второй вход которой соединен с выходом задающего генератора, а третий вход св зан с выходом указанной схемы ИЛИ, входы которой подключены к выходам компаратора, причем пр мой вход первого компаратора соединен с инверсным входом второго компаратора, инверсный вход первого компаратора непосредственно, а пр мой вход второго компаратора через инвертирующий интегральный повторитель соединены с выходом цифроаналогового преобразовател , синхровход которого подключен к выходу схемы совпадени  и синхровходу реверсивного счетчика, отличающеес  тем, что, с целью ограничени  отклонений напр жени  и снижени  потерь электроэнергии, логический блок дополнительно снабжен блоком коррекции , сумматором, второй схемой ИЛИ, распределителем импульсов и выходным регистром , при этом выход коррекции подключен к инверсному входу сумматора, пр мой вход которого соединен с выходом датчика реактивной мощности, а выход св зан с пр мыми входами первого порогового элемента и первого компаратора и инверсными входами второго порогового элемента и второго компаратора, выход первого порогового элемента соединен с управл ющим входом распределител  импульсов, входом сложени  реверсивного счетчика и входом второй схемы ИЛИ, выход второго порогового элемента соединен с вторым управл ющим входом распределител  импульсов , входом вычитани  реверсивного счетчика и другим входом второй схемы ИЛИ, выход которой подключен к входу элемента выдержки времени, при этом выход первой схемы ИЛИ дополнительно подключен к входу схемы стробировани , выход которой соединен с входом запуска распределител  импульсов, синхровход которого подсоединен к выходу задающего генератора, выход сброса св зан с установочным входом цифроаналогового преобразовател , а информационные выходы подключены к соответ0 ствующим входам стробировани  выходного регистра, информационные входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика , а пр мые и инверсные выходы подключены соответственно к формировател м сигналов включени  и отключени  секций конден5 саторных батарей.

   /1 ti tMte«7 Ц S t,o

   I I I MlIII

   Чщ К Л35 KCCf3 КЦАПЮ КПЭб

   (Риг.З КВР17