RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 151 485 POLSKA PATENTU TYMCZASOWEGO Patent tymczasowy dodatkowy T t Tl 5 HfllT VIX do patentunr." ' G05F im Zgłoszono: 87 06 09 (P. 266181) URZĄD PATENTOWY RP Pierwszeństwo Zgłoszenie ogłoszono: 88 07 07 Opis patentowy opublikowano: 1991 02 28 "WlBII Twórca wynalazku: Kazimierz Buczek Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Rzeszów (Polska) Sposób i układ do regulacji mocy biernej Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji mocy biernej, stosowany zwłaszcza w elektro energetycznych stacjach rozdzielczych oraz układ do regulacji mocy biernej przeznaczony do stosowania tego sposobu. Znany sposób kompensacji polega na załączaniu, jednocześnie z włączaniem odbiornika, baterii kondensatorów zespołem jednofazowych łączników tyrystorowych, uruchamianych w momencie przejścia przebiegu pochodnej napięcia zasilającego przez zero. Ilość przyłączonych stopni baterii kondensatorów określa regulator sterowany z układu pomiarowego, mierzącego moc bierną odbiornika. Układ pomiarowy, którego działanie ma charakter analogowy, posiada zna czną inercję ze względu na konieczność usuwania składowej zmiennej z uśrednionego sygnału wyjściowego. Inny, znany z polskiego opisu patentowego nr 93 222 sposób kompensacji mocy biernej kondensatorami załączanymi łącznikami tyrystorowymi, polega na pomiarze prądu i napięć fazo wych kompensowanego odbiornika i obróbce tych wielkości w regulatorze i kompensatorze. Żądane wielkości pojemności międzyfazowych kompensatora określa się na podstawie mierzonego napięcia fazowego i składowych biernych prądu, przy czym wartości mierzonych, koniecznych pojemności kondensatora podaje się w postaci dyskretnych przyrostów do regulatora. W regulato rze następuje sumowanie i zapamiętywanie tych przyrostów, a zmiany włączanych wartości doko nuje się w następnym okresie po pomiarze, korzystnie w momencie zrównania się napięcia międzyfazowego sieci i napięcia baterii kondensatorów. Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 133 633 elektroniczny układ sterowania bateriami kondensatorów niskiego napięcia charakteryzujący się tym, że wyjście przetwornika mocy biernej dołączone jest do szeregowo połączonych wejść bloku sterującego, licznika rewersyjnego i dekodera. Wyjścia dekodera połączone są z wejściem enkondera, zespołu kluczy i zespołu włączania, którego wyjście dołączone jest do wejścia łącznika statycznego łączącego baterie kon densatorów oraz odbiorniki mocy. Ponadto układ odznacza się tym, że jedno z bezpośrednich wyjść dekodera oraz jedno z wyjść łączących enkoder ma sprzężenie zwrotne z wejściem bloku sterującego, a do zespołu włączania dołączone jest wyjście generatora napięcia prostokątnego.
2 151 485 Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 133 632 elektroniczny układ sterowania baterią kondensatorów wysokiego napięcia, w którym wyjście przekładników napięciowych i prądowych dołączone jest do wejścia przetwornika mocy biernej, a jego wyjście dołączone jest do równolegle połączonych wejść komparatorów poziomów mocy biernej, do wejść których dołą czone są wyjścia zadajników poziomów mocy biernej. Wejście członu opóźniającego załączanie połączone jest z wyjściem" komparatora wysokiego poziomu mocy biernej, a jego wyjście poprzez blok załączania dołączone jest do obwodu załączającego wyłącznik. Natomiast wejście członu opóźniającego wyłączanie połączonejest z wyjściem komparatora niskiego poziomu mocy biernej, a jego wyjście poprzez blok wyłączania dołączone jest do obwodu wyłączającego wyłącznika łączącego baterię kondensatorów. Wadą znanych układów jest to, że działanie tych układów jest nieskuteczne przy małym obciążeniu stacji rozdzielczej, jak również to, że ograniczona jest liczba członów regulacyjnych i istnieje możliwość przekompensowania. Istota wynalazku polega na opracowaniu sposobu, w którym żądaną wartość mocy biernej pojemnościowej dobranej w oparciu o pomiar aktualny mocy biernej indukcyjnej porównuje się z wartością mocy baterii kondensatorów aktualnie załączonych, a następnie różnicę pomiędzy żądaną wartością mocy biernej pojemnościowej i mocą baterii kondensatorów aktualnie załączo nych wykorzystuje się do sterowania łącznikami załączającymi kolejną baterię kondensatorów. Układ do stosowania tego sposobu ma wyjście komparatora maksymalnej mocy biernej połączone z wejściem pierwszym układu logicznego dodatniego, a wyjście komparatora minimal nej mocy biernej jest połączone z wejściem pierwszym układu logicznego ujemnego. Wejścia drugie układu logicznego dodatniego i układu logicznego ujemnego są połączone z wyjściem dekodera, a wyjścia trzecie układów logicznych dodatniego i ujemnego są połączone z wejściem układu taktują cego, zaś wyjście układu logicznego dodatniego połączone jest z wejściem dodatnim licznika rewersyjnego, a wyjście układu logicznego ujemnego połączone jest z wejściem ujemnym licznika rewersyjnego, którego co najmniej jedno wyjście połączone jest z wejściem dekodera oraz wejściem układu wyzwalania. Wyjście układu wyzwalania połączone jest z wejściem sterującym łącznika lub poszczególne wyjścia licznika rewersyjnego połączone są z odpowiednimi wejściami dekodera oraz wejściami odpowiednich układów wyzwalania, których wyjścia połączone są z odpowiednim* wejściami sterującymi łączników. W przypadku zastosowania dwóch i więcej łączników, każdy kolejny z nich zaopatrzony jest w baterię kondensatorów o mocy rosnącej w postępie geometrycznym. Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że regulacja mocy biernej sposobem według wyna lazku możliwajest również przy małym obciążeniu stacji rozdzielczej, jak również to, że nie istnieje możliwość przekompensowania. Zaletą układu według wynalazku jest to, że umożliwia on włączanie poszczególnych baterii kondensatorów pojedynczo lub grupowo, przez co istnieje szeroka możliwość doboru włączanych baterii kondensatorów o wymaganej pojemności dla skompensowania aktualnej mocy biernej. Układ według wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym jest pokazany schemat blokowy układu do regulacji mocy biernej. Sposób regulacji polega na tym, że mierzona moc bierna indukcyjna płynąca z sieci do odbiorników porównywana jest z mocą bierną załączanych baterii kondensatorów. W przypadku różnicy dodatniej dołączany jest kolejny człon baterii kondensatorów Q, a w przypadku ujemnej jest on odłączany, przy czym moc baterii kolejnych członów określana jest według zależności: Qn=2(n"1,-Q gdzie: Qn - moc bierna pojemnościowa n-tego członu baterii Q - moc bierna pojemnościowa członu pierwszego n - liczba członów baterii. Układ do regulacji mocy biernej zawiera zespół przekładników prądowych PI i przekładników napięciowych PU sprzężonych z siecią zasilającą, przy czym wyjścia przekładników prądowych PI są połączone z wejściami prądowymi przetwornika mocy biernej PMB, a wyjścia przekładników
151 485 3 napięciowych PU są połączone z wejściami napięciowymi przetwornika mocy biernej PMB, któ rego wyjście połączone jest z wejściem nieodwracającym + komparatora maksymalnej mocy biernej KG i wejściem odwracającym komparatora minimalnej mocy biernej KD, zadajnik maksymalnej mocy biernej ZG, którego wyjście dołączone jest do wejścia odwracającego komparatora maksymalnej mocy biernej KG, zadajnik minimalnej mocy biernej ZD, którego wyjście jest dołączone do wejścia nieodwracającego + komparatora minimalnej mocy biernej KD, zaś wyjście komparatora maksymalnej mocy biernej KG połączone jest z wejściem 1 układu logicznego dodatniego UL +, a wyjście komparatora minimalnej mocy biernej KD połączonejest z wejściem pierwszym V układu logicznego ujemnego UL-, z kolei wejścia drugie 2 i 2' układów logicznych dodatniego UL + i ujemnego UL- są połączone z wyjściem dekodera DEC, a wejścia trzecie 3 i 3' układów logicznych dodatniego UL + i ujemnego UL- są połączone z wyjściem układu taktującego UT, natomiast wyjście układu logicznego dodatniego UL + połączone jest z wejściem dodatnim C + licznika rewersyjnego LR, zaś wyjście układu logicznego ujemnego UL- połączone jest z wejściem ujemnym C- licznika rewersyjnego LR, który posiada cztery wyjścia. Pierwsze wyjście A licznika rewersyjnego LR jest połączone z wejściem pierwszym Al dekodera DEC i wejściem pierwszego układu wyzwalania UW, wyjście drugie B licznika rewersyjnego LR jest połączone z wejściem drugim BI dekodera DEC i wejściem drugiego układu wyzwalania UW, wyjście trzecie C licznika rewersyjnego LR jest połączone z wejściem trzecim Cl dekodera DEC i wejściem trzeciego układu wyzwalania UW, a wyjście czwarte D jest połączone z wejściem czwar tym Dl dekodera DEC i wejściem czwartym układu wyzwalania UW. Wyjście pierwszego układu wyzwalania UW połączone jest z wejściem sterującym pierwszego łącznika Ł, wyjście drugiego układu wyzwalania UW połączone jest z wejściem sterującym drugiego łącznika Ł, wyjście trze ciego układu wyzwalania UW jest połączone z wejściem sterującym trzeciego łącznika Ł, a wyjście czwartego układu wyzwalania UW jest połączone z wejściem sterującym czwartego łącznika Ł. Wejścia sterujące zasilające łączników pierwszego, drugiego, trzeciego i czwartego są dołączone do sieci zasilającej, natomiast wyjście łącznika pierwszego Ł dołączone jest do pierwszej baterii kondensatorów Q, wyjście drugiego łącznika Ł dołączone jest do drugiej baterii kondensatorów Q, wyjście trzeciego łącznika Ł dołączone jest do trzeciej baterii kondensatorów Q, a wyjście czwar tego łącznika Ł dołączone jest do czwartej baterii kondensatorów Q. Baterie kondensatorów Q mają różną moc bierną pojemnościową. Działanie układu polega na tym, że przekładniki prądowe PI i napięciowe PU przesyłają sygnały proporcjonalne do prądu płynącego w sieci zasilającej i napięcia występującego w sieci, do przetwornika mocy biernej PMB, który na wyjściu wytwarza sygnał standardowy proporcjonalny do mocy biernej przepływającej przez sieć. Sygnał ten podawany jest na wejścia komparatorów maksymalnej mocy biernej KG i komparatora minimalnej mocy biernej KD, w których porówny wany on jest z sygnałami zadajników maksymalnej mocy biernej ZG i minimalnej mocy biernej ZD. Jeżeli przepływ mocy biernej w sieci jest większy od zadanej wartości Qmax, wówczas na wyjściu komparatora maksymalnej mocy biernej KG pojawia się stan wysoki, natomiast gdy przepływ mocy biernej w sieci jest mniejszy od zadanej wartości Qmin, wówczas na wyjściu komparatora minimalnej mocy biernej KD pojawia się stan wysoki. W pozostałych przypadkach na wyjściu tych komparatorów występuje stan niski. Układ taktujący UT przesyła sygnał fali prostokątnej, który przepuszczany jest przez układ logiczny dodatni UL +, gdy występuje stan wysoki na wyjściu komparatora maksymalnej mocy biernej KG albo przez układ logiczny ujemny UL-, gdy występuje stan wysoki na wyjściu komparatora minimalnej mocy biernej KD. Licznik rewersyjny LR zlicza impulsy przy przesyłaniu sygnału przez układ logiczny dodatni UL + lub odejmuje, gdy sygnał przesyła układ logoczny ujemny UL-. Dekoder DEC spełnia rolę blokady zliczanych impulsów, uniemożliwiając przesył sygnałów do licznika rewersyjnego LR z układu logicznego dodatniego UL + gdy stan wyjść tego licznika wskazuję liczbę zaprogramowaną do warunków sterowania oraz uniemożliwiając przesył sygnałów z układu logicznego ujemnego UL- gdy wszystkie wyjścia licznika rewersyjnego LR mają stan niski. Stan wysoki na wyjściach licznika rewersyjnego LR powoduje uruchomienie układów wyzwalania UW, które z kolei załączają łączniki Ł. Łącznik Ł
4 151 485 dołączają do sieci odpowiednie baterie kondensatorów statycznych Q służących do kompensacji mocy biernej. Z uwagi na moce baterie kondensatorów ustawione są w kodzie BCD. W przedsta wionym systemie kompensacji uzyskano 15 stopni regulacyjnych za pomocą czterech zestawów baterii kondensatorów Q. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób regulacji mocy biernej kondensatorami załączanymi łącznikami elektroenergety cznymi polegający na pomiarze mocy biernej indukcyjnej pobieranej przez odbiorniki z sieci trójfazowej, znamienny tym, że żądaną wartość mocy biernej pojemnościowej dobranej w oparciu o pomiar aktualnej mocy biernej indukcyjnej porównuje się z wartością mocy baterii kondensatorów aktualnie załączonych, a następnie różnicę pomiędzy żądaną wartością mocy biernej pojemnoś ciowej i mocą baterii kondensatorów aktualnie załączonych wykorzystuje się do sterowania łącznikami załączającymi kolejną baterię kondensatorów. 2. Układ do regulacji mocy biernej zawierający zespół przekładników prądowych i przekładników napięciowych sprzężonych z siecią zasilającą, przy czym wyjście zespołu przekładników prądowych połączone jest z wejściem prądowym przetwornika mocy biernej, a wyjście zespołu przekładników napięciowych połączone jest z wejściem napięciowym przetwornika mocy biernej, a wyjście tego przetwornika połączone jest z wejściem nieodwracającym komparatora maksymalnej mocy biernej i wejściem odwracającym komparatora minimalnej mocy biernej, zadajnik maksy malnej mocy biernej, którego wyjście dołączone jest do wejścia odwracającego komparatora minimalnej mocy biernej, zadajnik minimalnej mocy biernej, którego wyjście jest dołączone do wejścia nieodwracającego komparatora minimalnej mocy biernej, licznik rewersyjny i dekoder, którego wejście połączone jest z wyjściem z licznika rewersyjnego, układy wyzwalające, których wyjścia są połączone z wejściami sterującymi łączników, a wejścia zasilające tych łączników dołączone są do sieci zasilającej i wyjścia tych łączników połączone są z bateriami kondensatorów, znamienny tym, że wyjście komparatora maksymalnej mocy biernej (KG) połączone jest z wejściem pierwszym (1) układu logicznego dodatniego (UL + ), a wyjście komparatora minimalnej mocy biernej (KD) połączone jest z wejściem pierwszym (1') układu logicznego ujemnego (UL-), a wejście drugie (2) układu logicznego dodatniego (UL + ) i (2') układu logicznego ujemnego (UL-) są połączone z wyjściem dekodera (DEC), z kolei wejścia trzecie (3 i 3') układów logicznych dodat niego (UL + ) i ujemnego (UL-) są połączone z wejściem układu taktującego (UT), zaś wyjście układu logicznego dodatniego (UL + ) połączone jest z wejściem dodatnim (C + ) licznika rewer syjnego (LR), a wyjście układu logicznego ujemnego (UL-) połączone jest z wejściem ujemnym (C-) licznika rewersyjnego (LR), którego co najmniej jedno wyjście połączone jest z wejściem dekodera (DEC) oraz wejściem układu wyzwalania (UW) połączonego z kolei z wejściem sterującym łącznika (Ł) lub poszczególne wyjścia licznika rewersyjnego (LR) połączone są z odpowiednimi wejściami dekodera (DEC) oraz wejściami odpowiednich układów wyzwalania (UW), których wyjścia połą czone są z odpowiednimi wejściami sterującymi łączników (Ł). 3. Układ regulacji według zastrz. 2, znamienny tym, że w przypadku zastosowania dwóch i więcej łączników (Ł) każdy kolejny z nich zaopatrzony jest w baterię kondensatorów (Q) o mocy rosnącej w postępie geometrycznym. '
151485 O i I ha a o a I <r- <\, #y> "^ "f^ Vr> m Q N co hk 4