Brevet FR2034322A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne les dispositifs pour la simulation électronique analogique des processus transitoires dans les réseaux d'interconnexion complexes et plus précisément pour la transformation des coordonnées des tensions. On connatt un dispositif à destination analogue dans lequel les tensions d'entrée analogiques sont transformées en signaux harmoniques de phase correspondante à l'aide de commutateurs commandés et de circuits à diode et capacité dans les montages à réaction des amplificateurs opérationnels,et et ensuite sont addi- tionnées dans un additionneur relié aux détecteurs de phase réalisés sous-forme de mémoires. Ce dispositif présente plusieurs défauts. Par exemple, les tensions d'entrée analogiques doivent être appliquées à un convertisseur des coordonnées de deux polarités pour la symétrisation des impulsions du commutateur d'entrée. Oela exige l'emploi d'un équipement complémentaire sous forme d'un inverseur. De plus, la formation des signaux harmoniques à chaque entrée exige des amplificateurs opérationnels propres et des circuits à diode et capacité propres. Cela rend le dispositif plus compliqué et diminue sa précision. Le circuit de commande des convertisseurs harmoniques et des dispositifs à mémoire pour réaliser la rotation des axes des coordonnées est absent. La présente invention a pour but d'éliminer les défauts indiqués. L'invention vise la création d'un dispositif pour la transformation des coordonnées des tensions lors de la simulation des processus transitoires dans les réseaux d'interconnexion complexes, dans lequel on utiliserait un nombre minimal d'appareils à calculer avec une précision de fonctionnement plus élevée. Le problème est résolu du fait que dans le dispositif pour la transformation des coordonnées des tensions lors de la simulation des processus transitaires dans les réseaux d'interconnexion complexes, qui comporte un convertisseur harmonique, des mémoires et un additionneur de fréquencestselon l'invention, dans le convertisseur harmonique les sorties des commutateurs commandés sont réunies et connectées à un filtre sélecteur raccordé aux entrées des détecteurs de phase, les commutateurs commandés du convertisseur harmonique et des détecteurs de phase étant connectés à l'additionneur de fréquences comportant des modulateurs à impulsi ons à largeur variable reliés à un générateur de tensions linéaires à fréquence porteuse commandé par un générateur à quartz via un diviseur de fréquence et à un intégrateur de glissement.Ltune des sorties de chaque modulateur à impulsions à largeur variable est raccordée, par l'intermédiaire de circuits "etc, à un commutateur basculeur de l'intégrateur de glissement et les autres sorties sont reliées, par l'intermédiaire d'un multivibrateur déclenché, à l'entrée d'un diviseur de phase de la fréquence résultante, tandis que la sortie du diviseur de fréquence mentionné est raccordée au diviseur de phase de la fréquence porteuse. Il est préférable aussi,pour l'analyse des processus transitoires dans les réseaux d'interconnéxion à charge symétrique, de connecter le filtre sélecteur du convertisseur harmonique à 1' entrée de la mémoire analogique par un mesureur de courant ou par les amplificateurs opérationnels à circuit passif dans le montage de réaction. Le dispositif exécuté conformément à l'invention présente les avantages suivants pour l'exécution des opérations mathématiques complexes de transformation des coordonnées, il comporte un nombre minimal de blocs de calcul qui ne sont nécessaires que pour la connexion de la source et du récepteur de tensions; il est simple et peut être fabriqué sous forme de blocs compacts sur plaques imprimées et des éléments à semi-conducteurs avec sortie pour différentes fréquences (50, 200, 400 et 1 000 Hz) et à tensions de sortie de + 100 V; il peut être connecté à des simulateurs théoriques statiques à courant alternatif permettant de simuler les éléments du réseau électrique et des charges; dans certains cas il permet de connecter des systèmes réels de réglage automatique et de protection automatique en vue de la mise au point et de la vérification;; il permet d'analyser les processus transitoires dans des réseaux d'interconnexion complexes avec étude de la stabilité et de la mise en synchronisme des centrales fonctionnant en parallèle, et de la répartition des puissances actives et réactives entre les centrales; il permet de déterminer les courants de court-circuit, d'étudier les systèmes de réglage automatique de ltexcitation et de la vitesse du groupe, ains i que les systèmes de contr8le et de protection du réseau d'interconnexion et les régimes de fonctionnement du réseau d'interconnexion lors de charges impulsionnelles, etc. Le dispositif peut être utilisé aussi dans d'autres buts non liés à l'énergétique électrique et où il est nécessaire de réaliser la transformation de coordonnées Pour mieux expliquer l'invention on donne ci-dessous une description plus détaillée d'un exemple de dispositif réalisé selon l'invention, avec les dessins annexés, dans lesquels :: - la figure 1 représente le schéma fonctionnel du dispositif pour la transfotmation des coordonnées des tensions; - la figure 2 représente le schéma fonctionnel du même dispositif pour l'analyse des processus transitoires dans les réseaux dtinterconnexion à charge symétrique apposée a 9n sinula- teur monophasé statique théorique à courant alternatif; - la figure 3 présente le schéma fonctionnel du même dispositif, quand le simulateur statique théorique à courant alternatif est remplacé par un simulateur analogique du réseau dtinterconnesion. Comme on le voit sur la figure 1 le dispositif comprend un Bonvertisseur harmonique 1, des mémoires 2 et un additionneur de fréquences 3. Les entrées des commutateurs commandés 4 sont connectées à la source de la tension (sur la figure 1 ces connexions sont indiquées par des flèches) et leurs sorties sont réunies et conu nectées à un filtre sélecteur 5 comprenant une inductance L et une capacité C associées en parallèle (sur la figure 1 ces dernières ne sont pas indiquées). La sortie du filtre La est connectée aux entrées des mémoires 2 dont chacune comprend un amplificateur opérationnel 6 dans le circuit de réaction duquel est insérée une capacité d'emmagasinage 6' et sa sortie est raccordée à l'entrée de l'amplificateur de comparaison 7 qui forme l'entrée de la mémoire. Sur la sortie de l'amplificateur de comparaison 7 est branché un commutateur à transistor 8 dont la base est connectée au multivibrateur déclenché 9 et dont la sortie est connectée, par l'intermédiaire d'une diode (qui n1 est pas indiquée sur la figure ) > å l'entrée de l'amplificateur opérationnel 6. L'autre sortie du multivibrateur déclenché 9 est connectée à travers une diode (qui n'est pas indiquée sur la figure) à l'autre entrée de l'amplificateur opérationnel 6. Les commutateurs commandés du convertisseur harmonique 1 et des mémoires 2 sont connectés à l'additionneur de fréquences 3 comprenant un oscillateur pilote au quartz 10 connecté à un diviseur de fréquence 11. Une sortie du diviseur de fréquence 11 est connectée à un diviseur de phase 12 de la fréquence porteuse, dont les sorties sont connectées aux commutateurs commandés 4 du convertisseur harmonique 1. L'autre sortie du diviseur de fréquence 11 est connectée, par l'intermédiaire d'un générateur de tensions linéaires 13,aux entrées de modulateurs à impulsions à largeur variable 14 dont les autres entrées sont connectées à un intégrateur de glissement 15. La troisième sortie du diviseur dé fréquence il est connectée à des circuits "ET" 76. A l'entrée de l'intégrateur de glissement 15 est appliquée, par l'intermédiaire d'un commutateur basculeur 17, une tension Us proportionnelle à la vitesse de rotation des axes des coordonnées. L'une des sorties des modulateurs à impulsions à largeur variable 14 est connectée, par l'intermédiaire d'un multivibrateur déclenché 18, à un autre diviseur de phase de la fréquence résultante 19, dont les sortie sont connectées aux multivibrateurs déclenchés 9 des mémoires 2. Dans ltexemple de réalisation décrit, les mémoires peuvent entre remplacées par des montages plus simples comprenant un commutateur électronique d'entrée connecté à l'additionneur électronique analogique par l'intermidiaire d'un filtre passe-bas. Pour l'étude des processus transitoires dans les réseaux d ' interconnexion à charge symétrique on peut raccorder le filtre sélecteur 5 du convertisseur harmonique 1 aux entrées des mémoi- res 2 par l'intermédiaire d'un mesureur de courant électronique 20 (figure 2) comprenant des amplificateurs opérationnels 21 et 22. La sortie de l'amplificateur 21 est connectée, par l'intermédiaire d1une résistance 23, au poit ooeone deux raidhance 24 et 25 qui forment le circuit de réaction de l'amplificateur opérationnel 22.La sortie de l'amplificateur opérationnel 22 est connectée à la mémoire 2 et le point de connexion commune des résistances 24 et 25 de son circuit de réaction est connecté au simulateur statique théorique à courant alternatif (sur la figure 2 cette connexion est indiqueée par la flèche A) destiné à composer les éléments du réseau électrique. Le filtre sélecteur 5 du convertisseur harmonique 1 peut être relié aux entrées des mémoires 2 par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel 26 (figure 3) avec les circuits de réaction passifs 27. Dans ce cas la deuxième entrée de l'amplificateur opérationnel 26 est connectée au convertisseur harmonique de l'autre simulateur (sur la figure 3 cette connexion est indiquée par la flèche B). Le dispositif fonctionne de façon suivante. Lors de l'application des tensions analogiques aux entrées du convertisseur harmonique 1 les commutateurs électroniques 4 les convertissent en impulsions rectangulaires de fréquence porteuse. La commande des commutateurs 4 du convertisseur harmonique 1 est assurée par l'additionneur de fréquences 3 (du diviseur de phase 12); les phases des signaux de commande diffèrent d'un angle formé par les vecteurs d'entrée. Les tensions converties sont additionnées à l'entrée du iil- tre sélecteur 5. Le filtre 5 comprend des résistances d'entrée et de sortie (non représentées sur la figure), au point commun desquelles sont connectées une inductance et une capacité formant un circuit de résonance, tandis que leurs autres extrémités sont mises à la masse. Le signal de premier harmonique passe seulement par les résistances d'entrée et de sortie et ne passe pas par le circuit de résonance, car ce dernier représente pour lui une grande résistance. Les signaux des harmoniques supéroRzS passent par la résistance d'entrée et par le circuit de résonance qui représente pour eux une résistance inférieure à celle de la résistance de sortie du filtre. Le premier harmonique séparé par le filtre 5 et qui représente la projection des vecteurs d'entrée sur un certain axe tournant à la fréquence porteuse tu arrive dans la mémoire 2. La mémoire 2 est commandée par des impulsions provenant de l'additionneur de fréquences 3 du diviseur de phase 19. La fréquence des impulsions de commande est égale à la somme de la fréquence porteuse , de la fréquence de synchronisme SL et de la fréquence de glissement S, et leurs phases dépendent du nombre de mémoires. Une fois par période, pendant une partie insignifiante de celle-ci, les mémoires 2 fixent la valeur instantanée du signal harmonique d'entrée et,pendant la partie restante de la période conservent cette valeur. Vu que le signal harmonique d'entrée a la fréquence porteuse b) et les mémoires sont commandes par la fréquence totale , aux sorties de la mémoire se for- ment des signaux d'une fréquence différentielle, ce qui correspond à la vitesse de rotation du rotor de l'alternateur simulé. Le convertisseur des coordonnées peut relier un simulateur électronique analogique, dans lequel sont simulés les circuits rotoriques des machines synchrones et une équation du mouvement du groupe, à un simulateur statique théorique de courant alternatif. Lorsqu'on étudie les problèmes des régimes symétriques au voisinage de la vitesse de synchronisme, par exemple les problèmes de stabilité des centrales fonctionnant en parallèle, il est recommandé d'utiliser les versions du dispositif indiquées sur les figures 2 et 3. Dans ce cas, le dispositif fontionne de la façon suivante. Lors de l'application des tensions analogiques aux entrées du convertisseur harmonique 1, les commutateurs électroniques 4 les convertissent en impulsions rectangulaires de fréquence totalisant celles de synchronisme et de glissement. La commande des commutateurs 4 du convertisseur harmonique 1 est assurée par l'additionneur de fréquences 3 (du diviseur de phase 19) et les phases des signaux de commande diffèrent d'un angle égal à La tension sinusoMdale produite à la sortie du convertisseur harmoniques 1 est appliquée aux entrées du mesureur de courant 20. Le mesureur de courant 20 sert à relier le convertisseur de coordonnées avec le simulateur statique théorique de courant alternatif et à mesurer le courant qui se forme dans ce simulateur. Les paramètres des amplificateurs 21 et 22 sont choisis de façon qufà leurs sorties apparaissent des tensions "2U" et "U" respectivement. Si on choisit les résistances connectées aux sorties des amplificateurs 21 et 22 de sorte quelles soient de faible valeur et incommensurables avec les résistances de réaction, en l'absence de courant dans le simulateur statique à courant alternatif la tension à la sortie de l'amplificateur 22 sera nulle. Si on introduit une charge dans le simulateur théorique statique à courant alternatif, à la sortie de l'amplificateur 22 apparatt une tension proportionnelle au courant de charge. Le courant de charge se dirige de l'amplificateur 22 à l'entrée de la mémoire 2. Les mémoires 2 sont aussi commandées par des impulsions provenant de l'additionneur de fréquences 3. Les impulsions de commande ont une fréquence égale à la fréquence totale de synchronisme et de glissement et les phases des signaux de commande diffèrent d d'mur angle 2, Aux sorties de la mémoire se produisent des tensions de sortie sous forme de composantes de courant et représentées dans les mimes axes que les tensions d'entrée du convertisseur harmonique Le dispositif fonctionne d'une manière analogue dans le cas où, au lieu d'un simulateur statique théorique à courant alternatif et d'un mesureur de courant, on utilise des amplificateurs opérationnels analogiques 26 (figure 3) à circuits de réaction sous forme de circuits passifs 27. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qutà titre d'exemple. Bn particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDiCATIONS 1. Un dispositif pour la transformation des coordonnées des tensions lors de la simulation des processus transitoires dans les réseaux d'interconnexion complexes, ledit dispositif comprenant un convertisseur harmonique connecté à une source de tension, des détecteurs de phase sous forme de mémoires analo- giques reliés à ce convertisseur, et dont les sorties sont connectées au récepteur de tension, et un additionneur de fréquences commandant les commutateurs du convertisseur harmonique et des mémoires, ledit dispositif étant caractérisé en ce que les sorties des commutateurs commandés du convertisseur harmonique sont réunies ensemble et sont connectées à un filtre sélecteur relié aux entrées des détecteurs de phase, les commutateurs commandés du convertisseur harmonique et des détecteurs de phase étant connectés à un additionneur de fréquences constitué par des modulateurs à impulsions à largeur variable raccordés à un générateur de tensions linéaires à fréquence porteuse commandé par un oscil- lateur pilote à quartz par l > intermédiaire d'un diviseur de fréquence et à un intégrateur de glissement, l'une des sorties de chaque modulateur étant connectées par l'intermédiaire d'un cir cuit ttETnS à uh commutateur basculeur de l'intégrateur de glissement, tandis que les autres sorties sont connectées, par l'intermédiaire d'un multivibrateur déclenché, à l'entrée d'un diviseur de phase de fréquence totale, la sortie du diviseur de fréquence étant connectée au diviseur de phase de fréquence porteuse. 2. Un dispositif selon la revendication 1 ci-dessus, caractérisé en ce que, pour l'étude des processus transitoires dans les réseaux d'interconnesion à charge symétrique, le filtre sélecteur du convertisseur harmonique est raccordé aux entrées des mémoires par l'intermédiaire d'un mesureur de courant comprenant deux amplificateurs opérationnels dont les entrées sont réunies ensemble, la sortie d'un amplificateur opérationnel étant connectée, par l'intermédiaire d'une résistance, au point commun de deux résistances assurant la réaction de l'autre amplificateur opérationnel. 3. Un dispositif selon la revendication 1 ci-dessus, caractérisé en ce que le filtre sélecteur du convertisseur harmonique est relié aux entrées des mémoires par l'intermédiaire dtampli- ficateurs opérationnels comportant des circuits passifs dans le montage à réaction et constituant un simulateur analogique des éléments du réseau d'interconnexion.