Пристрій для керування компенсувальною конденсаторною батареєю

УКРАЇНА (19) UA (11) 81541 (13) C2 (51) МПК (2006) G05F 1/70 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ КЕРУВАННЯ КОМПЕНСУВАЛЬНОЮ КОНДЕНСАТОРНОЮ БАТАРЕЄЮ 1 2 (13) 81541 (11) , і в цьому випадку в регуляторі виникає коливальний процес, тому що задане значення не може бути досягнуто. Крім цього, вимірювання коефіцієнта потужності при спотворених сигналах досить складне, що веде до зниження надійності регулятора і збільшення його вартості. Аналогічно влаштовані компенсатори фірм Nokian capacitors, Siemens й Circutor. Найбільш близький пропонованому пристрій для керування компенсувальною конденсаторною батареєю, по Авторському посвідченню СРСР № 1647550. Пристрій для керування конденсаторною батареєю, що компенсує, / В.Е.Тонкаль, С.П.Денисюк, Ю.А.Яценко, Н.В.Самулевич. Опубл. У Бюл. № 17 за 1991 рік. У прототипі міститься датчик струму, вихід якого підключений до першого входу першого помножувача, і датчик напруги на навантаженні, вихід якого підключений до входу дифференціатора, вихід якого підключений до другого входу першого перемножувача і до входу квадратора, виконаного на помножувачі, а до виходів помножувачів У*? підключені входи інтеграторів, виходи яких підключені до входів\дЬтильника UA Винахід ыднееитвся до області вимірювальної техніки і може бути використаний в пристроях компенсації реактивного струму навантаження за допомогою конденсаторних батарей при електроспоживанні та розподілі електроенергії. Компенсація реактивного струму знижує втрати електроенергії, що дозволяє заощаджувати енергоресурси, такі дефіцитні в Україні. Відомі пристрої для керування компенсувальною конденсаторною батареєю: наприклад регулятор MRM-12 (Електро-інформ, 2003р., №1, ст. 35-36), в якому є датчики фазного струму й напруги, які включені так, що на виході є сигнал, пропорційний коефіцієнту потужності, з якого віднімається сигнал, пропорційний заданому значенню коефіцієнта потужності, і різницевий сигнал, підключений до виконавчого блоку, що змінює кількість підключених конденсаторів так, щоб звести до нуля різницевий сигнал. Сьогодні більшість компенсаторів функціонує в такий спосіб. Недоліком таких регуляторів є те, що оптимальне значення коефіцієнта потужності може бути вище заданого, і в цьому випадку оптимальна економія енергоресурсів не досягається. Або оптимальне значення коефіцієнта потужності може бути нижче заданого C2 входу диференціатора, перший вихід якого підключений до другого входу першого помножувача та другий вихід до входу квадратора, вихід якого підключений до першого входу другого помножувача, другий вхід якого з’єднаний з системою керування включенням конденсаторів конденсаторної батареї, який відрізняється тим, що вихід першого помножувача підключений до першого входу суматора, до другого входу якого підключений вихід другого помножувача, до другого входу якого підключений вихід інтегратора, вхід якого підключений до виходу суматора, а також вихід інтегратора є виходом пристрою та підключається до входу системи керування включенням конденсаторів конденсаторної батареї, індикатора та реєстратора. (19) (21) a200603786 (22) 06.04.2006 (24) 10.01.2008 (72) КИЗИЛОВ ВОЛОДИМИР УЛЯНОВИЧ, UA, ЗУБЮК ЮРІЙ ПАВЛОВИЧ, UA, ПАРТОЛА ОКСАНА ВОЛОДИМИРІВНА, UA (73) КИЗИЛОВ ВОЛОДИМИР УЛЯНОВИЧ, UA (56) SU 1647550 A1, 07.05.1991 SU 1103215 A, 15.07.1984 US 2004164718, 26.08.2004 (57) Пристрій керування компенсувальною конденсаторною батареєю, який складається з датчика струму, вихід якого підключений до першого входу першого помножувача, а входи до конденсаторної батареї та вхідних клем, і датчика напруги, входи якого підключені до конденсаторної батареї та вхідних клем, а вихід підключений до 3 81541 через ключі; вихід щілнльника підключений до входу системи керування тиристорними ключами. Вихід датчика напруги підключений до входу нульіндикатора, вихід якого через лінію затримки підключений до керуючих входів ключів скидання напруги інтеграторів. Недоліком прототипу є висока складність пристрою, що знижує його надійність, підвищує вартість і позначається на точності реалізації кращого з алгоритмів у компенсації. Задачею винаходу є спрощення пристрою і пов'язане з ним підвищення точності та надійності. Крім того, пропонується використати винахід за новим призначенням: для визначення необхідної ємності конденсаторної батареї при її відсутності, для визначення її регульованої і нерегульованої частин. Суть винаходу полягає в тому, що пристрій керування компенсувальною конденсаторною батареєю складається з датчика струму, вихід якого підключений до першого входу першого помножувача, і датчика напруги, вихід якого підключений до входу дифференціатора, вихід якого підключений до другого входу першого помножувача та до входу квадратора, а також з системи керування включенням конденсаторів конденсаторної батареї, з тією різницею, що вихід першого помножувача підключений до першого входу обчислювача, до другого входу якого підключений вихід другого помножувача, до першого входу якого підключено вихід квадратора, а до другого входу - вихід інтегратора, вхід - якого підключений до виходу обчислювача, а вихід інтегратора є виходом пристрою та підключається до входу системи керування включенням конденсаторів конденсаторної батареї. Алгоритм винаходу і прототипу полягає у виборі такої ємності конденсаторної батареї, при якій квадрат струму в живильній лінії Іл2 має мінімальне значення, тобто мають місце мінімальні втрати в лінії. Припускаємо, що напруга на шинах UBX, що є вхідною для компенсатора, не залежить від підключеної ємності С. У цьому випадку струм у лінії іл = івх – cu’вх, (1) де івх - струм навантаження. Квадрат діючого значення струму лінії визначиться вираженням ( ) ' ' I2 л = (iвх - cu'вх )2 = івх 2 - 2ciвх uвх + c 2 uвх 2 (2) де риска зверху означає усереднення на періоді. Мінімум струму визначиться з рівності нулю похідній Іл2 по ємності ( ) ¶I2л ' ' 2 = -2iвхuвх + 2с опт uвх = 0 ¶C звідки оптимальне значення конденсатора Сопт = ' івхuвх (u ) ' 2 вх (3) ємності (4) ' Оскільки івх і uвх не залежать від ємності конденсаторної батареї, то Сопт може бути 4 обчислено і при відсутності конденсаторної батареї, що дозволяє використати (4) для визначення Сопт в будь-який момент часу. Також є можливість формування на підставі цих обчислень за деякий інтервал часу рекомендацій для споживача електроенергії стосовно вибору конденсаторної батареї, її постійної та змінної частини, вибору числа щаблів батареї. Функціональна структура пропонованого пристрою зображено на кресленні. Пристрій містить датчик 1 струму споживача, датчик 2 напруги u'вх, дифференціатор 3, перший помножувач 4, квадратор 5, другий помножувач 6, суматор 7, інтегратор 8, систему керування 9 включенням конденсаторів конденсаторної батареї 10. Довільне навантаження 11 має характер, що може компенсувати конденсаторна батарея. До виходу інтегратора можуть бути підключені індикатор 12 значення ємності Сопт та реєстратор цих значень у часі. Пристрій працює в такий спосіб. Виходи датчика 1 струму і8Х і датчика 2 напруги uвх підключені до входів першого помножувача 4 безпосередньо і через дифференціатор 3. На виході першого помножувача формується сигнал івхu'вх. Вихід дифференціатора 3 підключений також до входу квадратора 5, на виході якого формується сигнал (u'вх)2. Вихід першого помножувача 4 подається на вхід суматора 7, куди підключений вихід другого помножувача 6, на входи якого підключені вихід квадратора 5 і вихід інтегратора 8. До входу інтегратора 8 підключений сигнал і7 з виходу обчислювача ( ) ê ' ' 2 ú (5) і7 = êівхuвх - uвх k ú ë û де k – коефіцієнт сигнала на виході інтегратора 8. При досить великій постійній часу інтегратора коефіцієнті ісигнала k не змінюється на періоді, а в сталому режимі середнє значення сигналу і7 дорівнює нулю й k не змінюється ( ) ê 2 ú ' I7ср = i7 = êівхuвх - u'вх k ú = 0 ê ú ë û звідки витікає, що значення сигналу k на виході інтегратора k= ' івхuвх (u ) ' 2 вх = Cопт (6) коефіцієнта (7) дорівнює оптимальному значенню ємності конденсаторної батареї (4). Якщо датчик 1 струму включений так, що вимірює загальний струм навантаження і конденсаторної батареї, то K = Cопт – Cвкл, (8) де Cвкл - ємність включених конденсаторів. У цьому випадку система керування 9 буде включати ємність, обумовлену виразом (8). Якщо датчик 1 струму вимірює тільки струм навантаження, тоді система 9 буде включати оптимальну ємність батареї відповідно до виразу (7). 5 Перевагою запропонованого регулятора є те, що обчислюється оптимальне значення ємності, що компенсує, для даного споживача й не потрібне введення заданого значення ємності, як задається Q або cosφ. Також не виникає коливань при регулюванні. Від прототипу запропонований пристрій відрізняється простотою й надійністю. 81541 6