HUT77924A

HUT77924A - Fast power controller

Info

Publication number: HUT77924A
Application number: HU9801530A
Authority: HU
Inventors: László Gyugyi; Colin D. Schauder
Original assignee: Westinghouse Electric Corporation
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1998-10-28

Abstract

The power flow controller is for controlling the flow of electric power in the AC transmission line carrying alternating current at a selected transmission line voltage and fundamental frequency between ends of the line. The controller comprises a switching power converter generating an alternating voltage at the fundamental frequency of the alternating current with controllable magnitude and phase angle relative to the transmission line voltage. A device couples the alternating voltage generated by the switching power converter in series with the transmission line voltage. - A controller controls the controllable magnitude and phase angle of the alternating voltage generated by the switching power converter at the fundamental frequency to a magnitude and any phase angle relative to the transmission line voltage to selectively adjust, individually and in coordination, effective impedance of the transmission line, effective phase angle between voltages at the two ends of the transmission line, and transmission line voltage magnitude to thereby control the power flow in the transmission line.

Description

GYORS TELJESÍTMÉNYSZABÁLYOZÓQUICK POWER REGULATOR

A találmány tárgya gyors teljesítményszabályozó a továbbiakban rövidítve teljesítményszabályozó, ahol a teljesítményt a váltakozó áramú áramellátó vonalakon szabályozzuk, még pontosabban a találmány olyan teljesítményszabályozó, amely egynél több paramétert, így a reaktív teljesítményt, az átviteli vonal impedanciáját, az átviteli vonal feszültségének a nagyságát és az átviteli vonalon a feszültségek fázisszögét is szabályozni tudja. Az áramellátó vonalakon továbbított villamos teljesítmény függvénye a vonali impedanciának, az átviteli vonal adóvégénél, azaz generátornál és vevővégénél, azaz a fogyasztónál levő feszültségek értékének, valamint ezen feszültségek közötti fázisszögnek. Mind a mai napig a nagyteljesítményű villamos áramellátó rendszereket úgy tervezték, hogy ez az a három paraméter, ami ugyan meghatározza a teljesítményáramot, azonban nem szabályozhatók elég gyorsan ahhoz, hogy a rendszer dinamikus viszonyait is megfelelően lehessen figyelembe venni. Mitöbb a hozzáférhető különböző szabályozók a három változó közül csak egyet kompenzáltak vagy szabályoztak, azaz vagy az impedanciát vagy a feszültséget vagy pedig a fázisszöget. A különböző teljesítményátviteli rendszereket úgy tervezték, hogy beépített vagy pedig mechanikusan kapcsolt soros és párhuzamos reaktív kompenzációt valósítottak meg a feszültség szabályozásával együtt és fázistoló transzformátor leágazásokat változtattak a kompenzációhoz annak érdekében, hogy a vonali impedanciát optimalizálni és a feszültségváltozást minimális értéken lehessen tartani. Ez a szabályozás lényegében csak az állandósult állapotra, vagy a nagyon lassan változó állapotokra valósítható meg, amikor tehát a terhelés vagy állandó, vagy pedig lassan változó. A rendszerben esetlegesen fellépő dinamikus problémákat általában úgy próbálták kiküszöbölni, hogy a rendszereket túlméretezték. A teljesítményátviteliBACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a fast power regulator, hereinafter referred to as a power regulator, wherein power is controlled on AC power lines, more particularly, a power regulator which has more than one parameter such as reactive power, transmission line impedance, transmission line voltage, it can also control the phase angle of the voltages on the transmission line. The electrical power transmitted on the power lines is a function of the line impedance, the value of the voltages at the transmitter end of the transmission line, i.e. the generator and receiver end, i.e. the consumer, and the phase angle between these voltages. To date, high-performance electrical power systems have been designed with these three parameters, which determine power flow, but cannot be controlled quickly enough to properly account for system dynamic conditions. Rather, the available different controllers compensated or controlled only one of the three variables, either impedance or voltage or phase angle. The various power transmission systems are designed to incorporate integrated or mechanically coupled series and parallel reactive compensation along with voltage regulation and to modify phase shift transformer branches to compensate for line impedance optimization and keep voltage variation to a minimum. In essence, this control can be achieved only for steady state or very slowly changing states, whereby the load is either constant or slowly changing. Dynamic problems that may occur in the system have generally been addressed by over-dimensioning the systems. Power transmission

85001 20 KKffzrendszereket megfelelő stabilitási határadatok figyelembevételével alakították ki, a stabilitási határadatok annak figyelembevételével történtek, hogy a rendszer fel tudjon éledni a legrosszabb esetben is, amely abból fakadhat például, hogy vonali hibák lépnek fel, vagy egy vagy több generátor kiesik, vagy pedig maga a berendezés meghibásodik. Ez a túlméretezés azt eredményezte természetesen, hogy az átviteli rendszereknek a kihasználtsága igen alacsony maradt.85001 20 CFC systems have been designed with adequate stability limits, stability limits have been taken into account so that the system can recover in the worst case scenario, for example, due to line failures or the failure of one or more generators equipment fails. This oversizing, of course, has led to very low utilization of transmission systems.

Az utóbbi időkben az energia- és környezetvédelmi költségek és egyéb problémák ezeket a konstrukciókat alkalmatlanná tették, és új áramellátó vonalak kialakítását tették szükségessé. Ez egyidejűleg azt is jelentette, hogy a hagyományos teljesítményátviteli rendszerek gyakorlati és elvi tervezési feltételeit át kellett értékelni, azaz biztosítani kellett az új rendszereknél a teljesítmény jobb kihasználását, ami egyre sürgetőbbé vált.Recently, energy and environmental costs and other problems have made these designs inadequate and necessitated the development of new power lines. At the same time, this meant that the practical and conceptual design conditions of traditional power transmission systems had to be reassessed, thus ensuring better use of power in new systems, which was becoming increasingly urgent.

A teljesítményátviteli rendszerek nagyfokú kihasználtsága anélkül, hogy a villamosenergia ellátás megbízhatósága ne romoljon, csak akkor lehetséges, ha a teljesítményáramlást a rendszerben bekövetkező dinamikus változások során igen gyorsan lehet kiszabályozni.High utilization of power transmission systems without compromising the reliability of power supply is only possible if power flow can be regulated very rapidly during dynamic changes in the system.

A különféle villamos átviteli rendszerek és hálózatok gyakran különböző nagyságú zavarok hatásának vannak kitéve. Előfordulhat például az, hogy néhány teljesítménygenerátor vagy néhány párhuzamosan kapcsolt átviteli vonal karbantartási miatt kiiktatásra kerül. Ugyancsak zavarokat okozhat, amikor igen nagy terheléseket kapcsolnak be, vagy ki. Előfordulhatnak olyan hibák, amelyek a vonal és a föld közötti vagy a vonal és a vonal közötti kapcsolatot zavarják például azáltal, hogy a szigetelés meghibásodik, vagy maga a berendezés, amit alkalmaznak meghibásodik. Ezek a zavarok adott esetben a továbbított villamos teljesítmény igen hirtelen növekedését vagy csökkenését eredményezik. A villamos teljesítményt forgó generátorok állítják elő, amelyeket olyan mechanikus turbinák hajtanak, amelyek mechanikus teljesítményt hoznak létre. ADifferent power transmission systems and networks are often subject to interference of varying magnitudes. For example, some power generators or some parallel transmission lines may be disabled for maintenance. It can also cause disturbances when very heavy loads are switched on or off. Faults can occur that interfere with line to ground or line to line contact, for example, by failure of the insulation or by the equipment used to fail. These disturbances may result in a very sudden increase or decrease in the transmitted electrical power. Electric power is generated by rotating generators that are driven by mechanical turbines that produce mechanical power. THE

- 3 turbinák mechanikus kimenő teljesítménye nem változtatható gyorsan annak érdekében, hogy a mechanikus teljesítményt egyensúlyba hozzuk az új és hirtelen változó teljesítmény követelményekkel. Ennek megfelelően tehát a generátorok arra kényszerülnek, hogy gyorsuljanak vagy lassuljanak. Néhány generátor esetében a forgási sebességben bekövetkező változás szöghelyzet változást hoz létre azon állandó szöghelyzethez képest, amelyet a vonal másik végén biztosítunk másik generátorokkal. Az adó és a vételi oldalon lévő generátorok szöghelyzete közötti változás megváltoztatja a továbbított villamos teljesítményt is. Ha a hiba megszűnt, tehát például a hibaforrást sikerült tisztázni és megjavítani, vagy új teljesítményátviteli rendszert kialakítani, vagy a teljesítményszintet helyreállítottuk, vagy adott esetben új terhelések léptek be, a zavarokat szenvedett generátor megpróbálkozik egy új szöghelyzetnek a felvételével, amely már meg fog felelni a teljesítményátviteli rendszer új állandósult állapotbeli viszonyainak. A generátoroknak és a hozzájuk kapcsolódó turbináknak azonban igen jelentős a forgási tehetetlenségük, éppen ezért az új szöghelyzetet általában csak bizonyos fokú túllövés ill. oszcilláció után érik el. A szöghelyzet tranziensei ill. az oszcillációk természetesen magukkal vonják azt is, hogy a villamos teljesítményellátásban is tranziensek ill. oszcillációk lépnek fel. Szélsőséges esetben ezek a tranziens változások nem stabilizálhatok. Ez azt jelenti, hogy az elérhető mechanikai teljesítmény és a továbbított villamos teljesítmény közötti egyensúly nem állítható helyre, a szöghelyzet túllövése növekvő értéket vesz fel, ami azt jelenti, hogy a gép gyorsuló üzemmódban marad mindaddig, amíg a generátor le nem kapcsol. Ez akkor is előfordulhat, ha a szöghelyzet oszcillálás változatlan marad, vagy adott esetben tovább nő annak következtében, hogy az áramellátó rendszernél nem megfelelő a csillapítás. Végső esetben mindez azt eredményezi, hogy az áramellátó rendszer lekapcsol.- The mechanical output power of 3 turbines cannot be changed quickly to balance mechanical performance with new and suddenly changing power requirements. Accordingly, the generators are forced to accelerate or decelerate. For some generators, the change in rotational velocity produces a change in angular position relative to the constant angular position provided at the other end of the line with other generators. The change in the angular position of the transmitter and the generators on the receiving side also changes the transmitted electrical power. If the fault has been eliminated, for example, the source of the error has been clarified and repaired, or a new power transmission system has been established, or the power level has been restored or new loads have occurred, the affected generator will attempt to record a new angular position. the new steady state conditions of the power transmission system. However, generators and their associated turbines have a very high degree of rotational inertia, which is why the new angular position is usually only slightly overstretched. after oscillation. The transients and angles of the angular position. oscillations, of course, also imply that they are transient or transient in electrical power supply. oscillations occur. In the extreme, these transient changes cannot stabilize. This means that the balance between the available mechanical power and the transmitted electric power cannot be restored, the angular overshoot takes increasing value, which means that the machine remains in accelerated mode until the generator shuts down. This may also occur if the oscillation of the angular position remains unchanged or, if necessary, increases further due to inadequate damping of the power supply system. Ultimately, this will result in the power system shutting down.

Az áramellátó rendszereknek az a képessége, hogy a terhelési követel• · · ···The ability of power supply systems to meet load requirements • · · ···

- 4 ményeknek megfelelő villamos teljesítményt hozza létre a stabilitás kifejezéssel jellemezhető. A stabilitás alatt azt értjük, hogy a villamos áramellátó rendszerek generátorai mindenképpen arra törekszenek, és úgy működnek, hogy szinkronban üzemeljenek. A tranzies stabilitás azt jelenti, hogy az áramellátó rendszer vissza tud térni a normál működési viszonyai közé akkor, ha valamilyen fő zavarforrás, például hiba, generátor veszteség stb. megszűnt. A dinamikus stabilitás fogalom alatt azt értjük, hogy az áramellátó rendszer normál működést viszonyai közé fog visszatérni akkor is, ha olyan kisebb zavar következik be, amely a kibocsátott teljesítmény oszcillációját kezdeményezi vagy indítja el. Más szavakkal a dinamikusan stabil áramellátó rendszernek pozitív csillapítása van.- Generates 4 electrical power corresponding to stability. By stability, we mean that the generators of electrical power systems are in any case striving and operating in a synchronous manner. Transient stability means that the power supply system can return to its normal operating condition when a major source of interference, such as a fault, generator loss, etc., occurs. eliminated. By dynamic stability, we mean that the power system will return to normal operation even if a minor disturbance occurs that initiates or initiates an oscillation of the power output. In other words, the dynamically stable power system has positive damping.

Az utóbbi 15 évben jelentős erőfeszítések történtek azon irányban, hogy gyors, tirisztor vezérlésű berendezéseket fejlesszenek ki a váltakozó áramú áramellátó rendszerek szabályozására és dinamikus kompenzálására. Ezek a tirisztor vezérlésű rendszerek azonban ismét csak azt célozták meg, hogy az áramellátó rendszereknek azon három paramétere közül, amelyek az áramszolgáltatást ill. a teljesítményt befolyásolják, tehát a feszültség, impedancia és fázisszög közül csak egyet szabályozzanak. Ily módon tirisztor szabályozású statikus var kompenzátorok, tirisztor szabályozású soros kompenzátorok, és tirisztor szabályozású fáziseltolást megvalósító transzformátorok kerültek kifejlesztésre az áramellátó hálózat feszültségének a szabályozására ill. a hálózati impedancia ill. a fázisszög szabályozására. A hálózati feszültség szabályozását a reaktív teljesítmény szabályozásával valósították meg.Considerable efforts have been made over the past 15 years to develop fast, thyristor controlled devices for controlling and dynamically compensating for AC power systems. However, these thyristor-controlled systems once again only aimed to select from the three parameters of the power supply systems that provide power or power. they affect performance, so they only control one of the voltages, impedances and phase angles. In this way, thyristor-controlled static var compensators, thyristor-controlled series compensators, and thyristor-controlled phase shift transformers have been developed to control the voltage of the power supply network. of the network impedance or. to control the phase angle. Mains voltage control is accomplished by reactive power control.

A tirisztor szabályozású statikus var kompenzátorokat arra használják, hogy közvetett úton szabályozzák a vonali feszültséget és ezáltal a továbbított villamos teljesítményt is oly módon, hogy reaktív teljesítményt visznek be az átviteli rendszerbe, vagy nyelnek el az átviteli rendszerből. Ezek a statikus var kompenzátorok igen gyors válaszjelet hoznak létre egy vagy két ciklus alatt • · ·Thyristor-controlled static var compensators are used to indirectly control line voltage and thus transmitted electrical power by introducing reactive power into or transmitting from the transmission system. These static var compensators generate a very fast response in one or two cycles • · ·

- 5 azon dinamikus változásokra, amelyek a teljesítményben kialakulnak, és megfelelő VA méréssel növelni tudják mind a tranziens, mind pedig a dinamikus stabilitást az áramellátó rendszerben. Ez a stabilitás növelés általában kielégítő mértékű.- 5 Dynamic changes that occur in performance and can increase both transient and dynamic stability of the power system with proper VA measurement. This increase in stability is generally satisfactory.

A jelenleg használatos statikus meddőteljesítmény a továbbiakban varkompenzátorok, rögzített és/vagy tirisztorral kapcsolt kapacitásokat tartalmaznak, továbbá tartalmaznak tirisztorral vezérelt fojtótekercseket is. Abban az esetben, ha a kimeneti teljesítmény kapacitív tartományban van, úgy a rögzített és tirisztorral kapcsolt kondenzátorokkal egy megfelelő pozitív változással a var generálás! igényének megfelelően az adott és kívánt átviteli feszültségszinthez léptető módon közelítik meg a kívánt értéket, a tirisztorral vezérelt fojtótekercsek pedig a felesleges kapacitív meddőteljesítményt nyelik el. Ha induktív kimeneti üzemmód van, úgy a tirisztorral vezérelt fojtótekecsek megfelelő vezetési fázisszöggel működve a kívánt meddőteljesítmény elnyelést valósítják meg. A kapcsoló kondenzátorok és a szabályozó fojtótekecsek megfelelő működtetésével a var-kimenet folyamatosan és gyorsan változtatható a készülék kapacitív és induktív teljesítménye között. A statikus var-kompenzátorok általában úgy működnek, hogy az átviteli hálózat feszültségét szabályozzák, gyakran olyan feltételekkel, hogy megfelelő feszültségmodulációt hoznak létre, hogy a teljesítmény oszcillációját csillapítsák.The presently used static reactor power is hereinafter referred to as coil compensators, including fixed and / or thyristor-coupled capacities, and also includes thyristor-controlled chokes. If the output power is in the capacitive range, with the fixed and thyristor-connected capacitors, the var generation is a good positive change! and thyristor controlled chokes absorb excess capacitive reactive power. When inductive output mode is used, thyristor controlled chokes operate at the appropriate driving phase angle to achieve the desired output power absorption. By properly operating the switching capacitors and the control chokes, the var output can be varied continuously and rapidly between capacitive and inductive power of the device. Static var compensators generally operate to control the voltage of the transmission network, often under conditions that provide adequate voltage modulation to attenuate power oscillations.

A legutóbbi időkben kifejlesztett, és az előzőektől lényegesen különböző statikus var-kompenzátorok félvezetős szilárdtest kapcsoló üzemű átalakítókat alkalmaznak, amelyek az áramellátó vonallal párhuzamosan vannak kapcsolva egy megfelelő kapcsoló transzformátor ill. csatoló transzformátor segítségével. A kapcsoló üzemű átalakító általában egy olyan feszültségvezéreit inverter, amely gate-tum-off (GTO) tirisztorokat tartalmaz, és amelyeket egyenáramú tároló kapacitásokról működtetnek, és ezeknek segítségével hoznak létre olyan kimenő feszültséget, amely a váltakozó áramú hálózat V feszültségével fázis• · ·Recently developed and substantially different static var compensators employ semiconductor solid-state switching converters which are connected in parallel with the power line by a suitable switching transformer or transformer. coupling transformer. A switching inverter is usually a voltage-controlled inverter containing gate-off (GTO) thyristors, which are operated from DC storage capacities and which generate phase-to-phase output voltage of the AC mains.

- 6 bán van. Az inverter kimenő feszültségének V_o amplitúdója nagyon gyorsan szabályozható a váltakozó áramú hálózat V amplitúdójához képest. Ha a V_o = V figyelmen kívül hagyva a transzformátor átalakítási hatásfokát, úgy az inverter nem vesz fel áramot. Ha azonban V_o > V, úgy az inverter által felvett áram a transzformátor szivárgási induktivitásán keresztül tisztán kapacitív lesz. Hasonló módon, ha a V_o < V, úgy az inverter által felvett áram induktív jellegűvé válik. Ily módon tehát az inverter kimeneti feszültségének egy V_Omax és egy V_Omin amplitúdó közötti szabályozásával a meddő kimenő áram folyamatosan változtatható egy maximális kapacitív jellegtől egy maximális induktív jellegig.- There are 6 regrets. The amplitude of the output voltage V _{o of} the inverter can be adjusted very quickly relative to the amplitude V of the AC mains. If V _o = V ignores the transformer conversion efficiency, the inverter will not draw current. However, if V _p> V, is drawn by the inverter circuit is purely capacitive leakage through the transformer inductance. Similarly, if V _o <V, the current drawn by the inverter becomes inductive. Thus, by controlling the output voltage of the inverter between a V _Om ax and a V _Om in amplitude, the reactive output current can be continuously varied from a maximum capacitance to a maximum inductive.

A korábbiakban már utaltunk arra, hogy a villamos áramellátó rendszerekben az átviteli vonal úgy is változtatható, hogy a vonali impedanciát változtatjuk. Ez úgy valósítható meg, hogy megfelelő vezérelt soros vonali kompenzációt hozunk létre, amely csökkenti vagy növeli az átviteli vonal reaktív impedanciáját. A tirisztor vezérlésű soros vonali kompenzátorok hasonlóan, mint a párhuzamosan kapcsolt statikus var-kompenzátorok megvalósíthatók tirisztorral kapcsolt kapacitásokkal, vagy pedig rögzített értékű kapacitások sorozatával, amelyek egy tirisztor vezérelt fojtótekerccsel vannak párhuzamosan kapcsolva.It has been previously mentioned that in power systems, the transmission line can also be varied by changing the line impedance. This can be accomplished by providing an appropriate controlled serial line compensation that reduces or increases the reactive impedance of the transmission line. Thyristor-controlled serial line compensators, similarly to parallel-varied static var compensators, may be implemented with thyristor-coupled capacities, or with a series of fixed-value capacities coupled in parallel with a thyristor-controlled choke coil.

Az újszerű, szilárdtest elemekből kialakított kompenzáló elrendezés olyan kapcsolóüzemű teljesítménykonvertert tartalmaz, amely például az US 5.198.746 számú szabadalmi leírásban van ismertetve.The novel solid-state compensator arrangement includes a switch-mode power converter such as that described in U.S. Patent No. 5,198,746.

Az új, szilárdtest elemekből kialakított kompenzáló elrendezés az US 5.198.746 számú szabadalmi leírásban ismertetett kapcsolóüzemű teljesítménykonvertert használja. Ebben a rendszerben a feszültségvezéreit invertert használják arra, hogy V_c feszültséget iktassanak a vonali feszültséggel sorosan. Ennek a feszültségnek az frekvenciája megegyezik a váltakozó áramú hálózat frekvenciájával. Az Inverter által létrehozott V_c feszültség a vonali árammal kvadraturában van. Ez lényegében azt jelenti tehát, hogy az inverter V_c feszültsége a hálózati árammal 90°-os fázisszöget zár be. Ha a V_c feszült- 7 ség amplitúdóját a vonali áram amplitúdójával arányossá tesszük, úgy a soros kompenzációnak a hatása, tehát a kapacitív hatás igen jól reprodukálható.The new solid-state compensator arrangement utilizes a switch-mode power converter described in U.S. Patent 5,198,746. In this system, the inverter feszültségvezéreit used to enact V _c voltage in series with the line voltage. The frequency of this voltage is the same as that of the AC mains. The voltage V _c generated by the inverter is quadrature with the line current. In essence, this means that the inverter voltage V _c closes a phase angle of 90 ° with the mains current. If the amplitude of the voltage V _{c is} proportional to the amplitude of the line current, the effect of the series compensation, i.e. the capacitive effect, can be reproduced very well.

Gyorsan szabályozható fázistolókat mindeddig még nem sikerült kialakítani. Azok a rendszerek, amelyek tirisztorral vezérelt, és a transzformátor megfelelő leágazásait változtató megoldások hasonlatosak, mint a hagyományos megoldások, amelyek mechanikusan kapcsolt transzformátor leágazásokkal működnek.Quickly adjustable phase shifters have not yet been developed. Systems that are controlled by a thyristor and change the appropriate branching of the transformer are similar to conventional solutions that operate with mechanically linked transformer branches.

Elvileg a tirisztorral kapcsolt transzformátor leágazásokkal kialakított elrendezés esetében annak a feszültségnek a nagysága változtatható, amelyet a vonali feszültséghez lényegében 90°-os fázisszögben adunk, és a transzformátor beiktatásával tudjuk szabályozni a fázisszöget az átvételi hálózat adó és vevő végénél levő feszültségek között.In principle, the arrangement of thyristor-coupled transformer junctions can vary the magnitude of the voltage that is added to the line voltage at a substantially 90 ° phase angle and adjust the phase angle between the transmitter and receiver ends of the receiving network by inserting a transformer.

A transzformátor leágazások változtatásával létrehozott fázistoló elrendezés léptető szabályozást valósít meg. Természetesen az egymás utáni lépések mértékét egészen kis értékre lehet állítani a kiválasztott menetszám függvényében. Ha például három azonos transzformátor tekercselést alkalmazunk, amelyek aránya 1 : 3 : 9, és a kapcsoló elrendezés egy-egy tekercset át tud hidalni, vagy meg tudja fordítani a polaritását, úgy összességében 27 lépésben tudjuk a szabályozást megvalósítani.The phase shift arrangement created by changing the transformer junctions provides step-by-step control. Of course, the rate of successive steps can be set to a very small value depending on the number of turns selected. For example, using three identical transformer windings at a ratio of 1: 3: 9, and the switching arrangement being able to bridge one winding or reverse its polarity, all in all 27 steps can be achieved.

A tirisztor kapcsolt transzformátor leágazás változtatással működő elrendezés legfőbb hátránya, hogy meddőteljesítményt nem tud létrehozni ill. elnyelni. Az a meddőteljesítmény, amelyet a hálózatba a vonalra bejuttatunk vagy onnan elnyelünk, amikor a kvadratúra feszültséget létrehozzuk, a váltakozó áramú hálózat felől kell elnyelődjön vagy oda kell továbbítódjon. A nagy feszültség ugrások általában reaktív teljesítményátmenettel kapcsolódnak, amely az olyan fázistolóknak, amelyek transzformátor leágazással működnek, a hatásfokát csökkenti a teljesítményszabályozás esetén igen sok esetben.The main disadvantage of a thyristor-coupled transformer branch change arrangement is that it is unable to generate or reject power. absorb. The reactive power that is fed into or absorbed from the grid when the quadrature voltage is generated must be absorbed or transmitted from the AC grid. High voltage jumps are usually associated with reactive power transitions, which reduce the efficiency of phase shifters that operate on transformer junctions with power control in many cases.

- 8 A találmánnyal célul tűztük ki egy olyan áramellátó rendszereknél alkalmazható teljesítményszabályozó kialakítását, amely reál time valós idejű üzemmódban gyorsan és dinamikusan tudja a szabályozást megvalósítani, vagy egyedül vagy kombinációban, azaz a meddőteljesítmény, az átviteli vonal impedanciája, az átviteli vonal feszültsége és az átviteli vonalnál a feszültségek közötti szög bármelyike egyedül is és kombinációban is szabályozható.It is an object of the present invention to provide a power regulator for power systems that can provide quick and dynamic control in real-time, real-time mode, either alone or in combination, i.e., throughput, transmission line impedance, transmission line voltage, and transmission. For line, any angle between voltages can be individually and in combination controlled.

A találmány tehát teljesítményszabályozó a villamos teljesítmény szabályozására a váltakozó áramú áramellátó rendszerekben, amely tartalmaz átviteli vonalat, amelynek két vége között kiválasztott vonali feszültségű és alapfrekvenciájú jel van, maga a teljesítményszabályozó tartalmaz egy kapcsoló üzemű teljesítményátalakítót, mint áramirányítót, amely az adott váltakozó áramú és alapfrekvenciájú váltakozó feszültséget hozza létre, tartalmaz egy csatolóelemet, például transzformátort az áramirányító által létrehozott váltakozó feszültségnek az átviteli vonallal soros módon történő becsatlakozására, tartalmaz továbbá egy szabályozó rendszert a kapcsoló üzemű teljesítményátalakító által létrehozott váltakozó feszültség szabályozására alapfrekvencián.Thus, the present invention is a power regulator for controlling electrical power in AC power systems comprising a transmission line having a line voltage and a base frequency signal selected between its two ends, the power controller itself comprising a switching power converter as a current controller for a given AC and base frequency. generating an AC voltage, comprising a coupling element, such as a transformer, for connecting the AC voltage generated by the current converter in series with the transmission line, and a control system for controlling the AC voltage generated by the switching power converter at base frequency.

A találmány szerinti teljesítményszabályozó lényege abban van, hogy a szabályozó rendszer a kapcsoló üzemű teljesítményátalakító által létrehozott váltakozó feszültség nagyságát és fázisát szabályozza az átviteli vonal feszültségéhez képest egyedileg, vagy az átviteli vonal impedanciáját vagy az átviteli vonal két vége közötti feszültség közötti fázisszögét, vagy az átviteli vonal feszültségét tetszőleges kombinációban, ily módon szabályozva a teljesítményt az átviteli vonalon.The essence of the power regulator according to the invention is that the regulating system individually adjusts the magnitude and phase of the alternating voltage generated by the switching power converter with respect to the transmission line voltage, or the transmission line impedance or phase angle between the transmission line ends. line voltage in any combination, thereby controlling power on the transmission line.

Előnyös a találmány akkor, ha a kapcsoló üzemű teljesítményátalakító az egyik áramirányító például inverter, a másik áramirányító pedig az inverter egyen tápfeszültségét előállító áramirányító.The present invention is advantageous if the switching power converter is one of the current controllers, for example an inverter, and the other of the current controller is a current controller which produces an inverter power supply.

·«·· tnt ··· ·»· ···· «·· tnt ··· ·» · ···

- 9 Előnyös a találmány akkor is, ha az inverter számára szükséges egyenfeszültséget előállító elemek további egyen-váltó átalakítót, valamint a további egyen-váltó átalakító egyenáramú kivezetéseit az egyen-váltó átalakító kimenetelre csatlakoztató elemet, továbbá egy csatolóelemet, például csatolótranszformátort, amely a váltakozó áramú hálózatot ezen további egyenváltó átalakító váltakozó áramú kivezetéseire csatlakoztatja.It is also advantageous if the DC supply elements required for the inverter include an additional DC converter and a DC link terminal of the further DC converter to the DC converter output, and a coupling element such as a coupling transformer. is connected to the AC terminals of this additional DC converter.

Előnyös továbbá a találmány akkor, ha a váltakozó áramú feszültségforrás az átviteli vonal.It is further preferred that the AC voltage source is a transmission line.

Előnyös még a találmány akkor, ha a kapcsoló üzemű teljesítményátalakító váltó-váltó átalakítókat tartalmaz, amelyek váltakozó feszültségű kimenettel rendelkeznek, és tartalmaz olyan elemeket, amelyek a váltó-váltó átalakítók számára a bemeneti váltakozó jelet létrehozza.It is also preferred that the switch-mode power converter comprises inverter-to-inverter converters having an AC voltage output and elements that generate an input alternating signal for the inverter-converters.

Előnyös a találmány akkor is, ha a váltó-váltó átalakító váltakozó áramú tápteljesítménye egy olyan csatolóelem, amely a váltó-váltó átalakító bemenetelt az átviteli vonalra kapcsolja.The invention is also advantageous if the AC power of the inverter converter is a coupling element that links the inverter converter input to the transmission line.

Továbbá előnyös a találmány akkor, ha a szabályozó rendszer a kapcsoló üzemű teljesítményátalakító által létrehozott váltakozó feszültség nagyságát és fázisszögét szabályozza, és az átviteli vonal effektív valós és meddő soros impedanciáját ennek megfelelően állítja be.It is further preferred that the control system adjusts the magnitude and phase angle of the alternating voltage generated by the switching power converter and adjusts the effective real and reactive serial impedance of the transmission line accordingly.

Előnyös még a találmány akkor, ha a szabályozó rendszer tartalmaz egy olyan elemet, amely a váltakozó áram nagyságát és fázisszögét érzékelő első elem, és az átviteli vonallal sorosan van csatlakoztatva, ennek érdekében, hogy a kiválasztott átviteli vonal impedanciát, a fázisszöget és az átviteli vonalon lévő feszültséget az átviteli vonalon továbbított kiválasztott teljesítményhez lehessen illeszteni, tartalmaz egy második elemet, amely az első elem által mért jelek hatására a kapcsoló üzemű átalakítót úgy vezérli, hogy a kívánt váltakozó feszültséget létrehozza.It is further preferred that the control system comprises an element which is a first element sensing the magnitude and phase angle of the ac current and is connected in series with the transmission line so that the selected transmission line has impedance, phase angle and transmission line. The voltage of the switch is adapted to match the selected power transmitted on the transmission line, comprising a second element which controls the switching converter in response to the signals measured by the first element to produce the desired alternating voltage.

···· · ·

- 10Előnyös még akkor is a találmány, ha a kapcsoló üzemű teljesítményátalakító tartalmaz egy első egyen-váltó áramirányítót, amelynek váltakozó áramú kivezetései az átviteli vonallal párhuzamosan vannak csatlakoztatva, ezen kívül vannak egyenáramú kimenetei, tartalmaz egy második egyen-váltó átalakítót, például invertert, amelynek váltakozó áramú kivezetései az áramellátó vonallal sorosan vannak csatlakoztatva, el van látva egyenáramú kivezetésekkel is, tartalmaz továbbá az elrendezés egyenáramú csatolóelemet, amely az első átalakító egyenáramú kivezetéseit és a második átalakító egyenáramú kivezetéseit összekapcsolja, maga a szabályozó rendszer az átviteli vonal és az első áramirányító közötti valós és meddőteljesítményt szabályozza annak érdekében, hogy a második áramirányítóhoz a kiválasztott teljesítmény tényezőjű valós teljesítményt lehessen továbbítani, a szabályozó a második áramirányítót úgy szabályozza, hogy a feszültségnek előre megadott nagysága legyen, a fázisszöge pedig 0-360° között lehet annak érdekében, hogy az átviteli vonal előre megadott impedanciával rendelkezzen, a kiválasztott szög, a kiválasztott átviteli vonal feszültség pedig az átviteli vonalon a teljesítmény szabályozására van felhasználva.Even though the switching power converter comprises a first DC converter having its AC terminals connected in parallel to the transmission line, it is preferred to have a second DC converter such as an inverter, its AC terminals are connected in series with the power line, and are provided with DC terminals, and further include a DC coupler of the arrangement that interconnects the DC terminals of the first converter and the DC terminals of the second converter, the control system itself and adjusts the real power and the power output so that real power with the selected power factor can be transmitted to the second current controller; adjusts the dc current controller to provide a predetermined voltage and phase angle of 0-360 ° to provide a predetermined impedance to the transmission line, and a selected angle for the selected line to control the power of the transmission line is used.

Előnyös a találmány akkor, ha a szabályozó rendszer egy vektoriális szabályozó, amely az első és a második áramirányítók kapuzó kapcsolójeleit hozza létre, és tartalmaz egy fáziszárt hurkot, az átviteli vonal feszültségvektora fázisszögével arányos szögjel létrehozására, tartalmaz továbbá egy feszültségmérőt az átviteli vonalon lévő feszültségvektor nagyságával arányos jel létrehozására, tartalmaz egy forgótengelyű koordináta transzformátort, egy az első áramirányító váltakozó áramával fázisban lévő első áramjel létrehozására, és egy második áramjel létrehozására, amely az első áramirányító áramával 90°-os szöget zár be, tartalmaz egy egyenfeszültség szabályozót egy a váltakozó árammal fázisban lévő referenciajel létrehozására az első áramirányító számára, és egy referenciajel generátort egy ezzel 90°-os szöget bezáró refe···The invention is advantageous if the control system is a vectorial regulator which generates gating switching signals of the first and second current controllers and comprises a phase-closed loop for generating an angle signal proportional to the phase angle of the transmission line voltage vector and a voltage gauge on the transmission line. for generating a proportional signal, comprising a rotary coordinate transformer, for generating a first current signal in phase with the first current controller, and for generating a second current signal at an angle of 90 ° with the first current controller, including a DC voltage regulator in phase to generate a reference signal for the first current controller and a reference signal generator for a 90 ° angle ref. ···

-11 renciajel generálására a váltakozó áramhoz, tartalmaz egy váltakozó feszültségvektor nagyság referenciajel generátort a második áramirányító, mint inverter számára, egy váltakozó feszültségvektor szögével arányos referenciajel generátort a második áramirányító számára, tartalmaz továbbá egy szabályozót, amely kapuzó jeleket hoz létre a fázisszögből az első áramirányító számára, a feszültség nagyságára, az első áramjelre, a második áramjelre és a váltakozó árammal fázisban lévő referenciajelre, tartalmaz továbbá egy további szabályozót, amely a kapuzó jeleket hozza létre a második áramirányitó számára a szöggel arányos jelből, a váltakozó áramú vektor nagyságával arányos referenciajelből és a váltakozó feszültségű vektor szögével arányos jelből.-11 for generating a reference signal for the AC current, comprising an AC voltage vector size reference signal generator for the second current controller as an inverter, a reference signal generator proportional to the AC voltage vector angle for the second current controller, and a regulator for generating gating signals from the phase current for the voltage magnitude, the first current signal, the second current signal, and the AC in-phase reference signal, further comprising an additional regulator for generating the gating signals for the second current controller from the angle proportional signal, the AC vector magnitude reference signal, and from the signal proportional to the angle of the AC voltage vector.

Előnyös a találmány akkor is, ha az egyenfeszültség szabályozó az első áramirányító és a második áramirányító közötti egyenfeszültségre jellemző visszacsatoló jelet hoz létre, az egyenáramú visszacsatoló jel a második áramirányító egyenfeszültségére jellemző, és az egyenfeszültségű feszültség referenciajel pedig a kívánt feszültségszintre jellemző.It is also preferred that the dc voltage generator provides a feedback signal specific to the DC between the first current controller and the second current controller, the dc feedback signal is specific to the DC voltage of the second current controller and the DC voltage reference signal is specific to the desired voltage level.

Előnyös a találmány még akkor is, ha a referenciajel generátorok legalább egy adatátviteli vonali jellel arányos jelet állítanak elő, ez lehet az átviteli vonal áramvektora és a váltakozó áramú áramvektor az első áramirányítónál.It is preferred that the reference signal generators produce a signal proportional to at least one transmission line signal, which may be the transmission line current vector and the AC current vector at the first current controller.

Előnyös továbbá a találmány akkor, ha az egyenáramú csatolás egy energiatároló, amellyel valós teljesítményt lehet tárolni.It is a further advantage of the invention that the DC coupling is an energy storage device that can store real power.

Előnyös még a találmány akkor, ha az energiatároló egy szűrőkondenzátor.Another advantage of the invention is that the energy storage device is a filter capacitor.

Előnyös a találmány akkor is, ha az első és a második áramirányító mindkettő feszültség vezérelt áramirányító, valamint ha az első és második áramirányító mindkettő áramvezérelt áramirányító.The invention is also advantageous if the first and second current controllers are both voltage controlled current controllers and if the first and second current controllers are both current controlled current controllers.

A konverter a hálózati vonallal sorosan olyan feszültséget tud létrehozni, amelynek adott nagysága van, és a szöge az átviteli vonal feszültségének a fázisához képest 0 és 360° között változhat. Ez lényegében teljes szabadságot ··· ··The converter can generate a line voltage with a given magnitude in series and its angle may vary from 0 to 360 ° with respect to the phase of the line voltage. It's essentially total freedom ··· ··

- 12jelent a beadott feszültség nagyságára és fázisszögére vonatkozóan, és ily módon lehetőséget biztosít arra, hogy az átviteli vonal feszültségeinek a nagyságát, az átviteli vonal impedanciáját, az átviteli vonal feszültségének a fázisszögét egyedül vagy bármilyen kombinációban szabályozzuk. A valós teljesítmény, amelyre ahhoz van szükség, hogy egy ilyen feszültséget beiktassunk, a találmány egy további kiviteli alakjánál úgy van kialakítva, hogy az inverter számára szükséges egyenfeszültséget előállító elemek további egyen-váltó átalakítót, valamint a további egyen-váltó átalakító egyenáramú kivezetéseit az egyen-váltó átalakító kimeneteire csatlakoztató elemet, továbbá egy csatolóelemet, például csatolótranszformátort, amely a váltakozó áramú hálózatot ezen további egyenváltó átalakító váltakozó áramú kivezetéseire csatlakoztatja. Az átviteli vonallal párhuzamosan kapcsolt invertert első inverterként jelöljük. Az első inverter azáltal, hogy a váltakozó feszültségének a nagyságát - amely az átviteli vonal áramával 90°-os szöget zár be - beállítjuk, szabályozható úgy, hogy az átviteli vonalon segítségével beállítjuk a meddőteljesítményt. Ezen feszültség fázisszögének a beállításával az első inverter az egyenáramú kapcsolaton keresztül csatlakoztatott második inverter számára a valós tápteljesítményt tudja biztosítani.12 represents the magnitude and phase angle of the applied voltage, and thus provides the ability to control the magnitude of the transmission line voltages, the transmission line impedance, the transmission line voltage phase, individually or in any combination. The actual power required to supply such a voltage is, in a further embodiment of the invention, such that the DC-generating elements required for the inverter are provided with an additional DC converter and the DC terminals of the further DC converter. and a coupling element, such as a coupling transformer, which connects the ac network to the ac terminals of this further converter converter. The inverter connected in parallel with the transmission line is designated as the first inverter. The first inverter can be controlled by adjusting the magnitude of the ac voltage, which is at an angle of 90 ° to the transmission line current, by adjusting the reactor power through the transmission line. By adjusting the phase angle of this voltage, the first inverter can provide real power to the second inverter connected via the DC link.

Mindegyik inverter egy sor hat utas inverterből van kialakítva, amelyek transzformátorok közbeiktatásával vannak úgy összekapcsolva, hogy magasabb nagyságrendű impulzus csomagokat tudnak előállítani nagyteljesítményű teljesítmény szabályozáshoz. Előnyös, ha az első és a második inverter tápfeszültségvezérelt inverter, amelyek úgy vannak kialakítva, hogy egymással cserélhetők, így a gyártásuk és a szervizelésük egyszerűbb és gazdaságosabb.Each inverter is comprised of a series of six-way inverters interconnected by transformers so that they can produce higher-order pulse packets for high-power power control. Preferably, the first and second inverters are power-controlled inverters that are designed to be interchangeable, making manufacturing and servicing simpler and more economical.

A találmányt a továbbiakban példaként! kiviteli alakjai segítségével, a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben.The invention will now be exemplified below. Embodiments of the Invention are illustrated in more detail in the accompanying drawings.

··· ······ ···

- 13 Az 1. ábrán vázlatosan látható a találmány szerint kialakított teljesítményszabályozó általános kiviteli alakja, a 2. ábrán az a fáziselrendezés látható, amely az 1. ábrán bemutatott szabályozó által létrehozott feszültség - amelyet a szabályozó a hálózatba betáplál - viszonya az átviteli rendszerben lévő feszültséghez képest, a 3. ábrán látható az inverter kimenete, és a kimeneti hullámformák az inverteméi, amelyek az 1. ábrán bemutatott szabályozó részét képezik, a 4a. és 4b. ábrán nagyteljesítményű inverter rendszernek vázlatos kiviteli alakja látható, amely a találmány szerinti szabályozóhoz van kialakítva, az 5. ábrán az 1. ábrán bemutatott teljesítményszabályozó egyszerűsített működési vázlata látható, a 6. ábrán látható a jeleknek az fáziselrendezése, amely az elrendezés egy adott kiviteli alakjára vonatkozik és a találmány magyarázataként jól alkalmazható, a 7. ábrán a szabályozó elrendezés vázlatos rajza látható, amely az 1. ábrán bemutatott teljesítményszabályozó egy részét képezi, a 8. ábrán a 7. ábrán bemutatott rendszer további elemei láthatók.Figure 1 is a schematic diagram of a general embodiment of a power regulator constructed in accordance with the present invention; Figure 2 is a diagram showing the voltage generated by the regulator of Fig. 1, which is fed to the network by the regulator. Figure 3 shows the output of the inverter and the output waves of the output waveforms which form part of the regulator shown in Figure 1; and 4b. Figure 5 is a schematic embodiment of a high power inverter system configured for the controller of the present invention; Figure 5 is a simplified schematic of the power controller shown in Figure 1; Figure 6 is a phase diagram of the signals pertaining to a particular embodiment of the arrangement 7 is a schematic diagram of a control arrangement which is part of the power regulator of FIG. 1, and further elements of the system of FIG. 7 are shown.

Visszatérve az 1. ábrára, látható két kapcsoló üzemű 1 és 2 áramirányító, amelyek teljesítmény-áramirányítók, és amelyekbe gate tum-off (GTO) tirisztorok vagy hasonló teljesítmény félvezetők vannak, ahol az 1 és 2 áramirányítók közös egyenáramú 4 csatolókondenzátorra vannak csatlakoztatva, és mindezek együttesen képezik a találmány szerinti 5 teljesítményszabályozó legáltalánosabb kiviteli alakját. Az egyik 2 áramirányító lényegében hasonló ahhoz a feszültség vezérelt áramirányítóhoz, amelyet a szilárdtest vezérlésű kondenzátornál alkalmazunk, és amelyet az US 07/760,627 számú leírás ismertet. A másik 1 áramirányító egy olyan feszültségvezéreit áramirányítóhoz hasonló, amelyet a szilárdtest statikus var-kompenzátorban alkalmaznak, amelyet az előzőekben már ismertettük.Referring now to Figure 1, there are shown two switching current controllers 1 and 2, which are power current controllers and have gate tum-off (GTO) thyristors or similar power semiconductors, where the current controllers 1 and 2 are connected to a common DC coupling capacitor 4, and taken together they form the most common embodiment of the power regulator 5 according to the invention. One of the current controllers 2 is substantially similar to the voltage controlled current controller used in the solid state controlled capacitor described in US 07 / 760,627. The other current controller 1 is similar to a voltage controlled current controller used in the solid state static var compensator, which has already been described above.

• ·• ·

- 14Α 2 áramirányító olyan konverterként működik, amely v_M feszültséget hoz létre, amelynek vezérelhető amplitúdója van az alapfrekvencián, és ezt a feszültséget adjuk hozzá és kapcsoljuk sorosan a hálózat v feszültségéhez, amely a 6 átviteli vonalon jelenik meg, és amely Vp, feszültség egy 7 transzformátor szekundér körének a feszültsége, amely szekundér kör van lényegében a 6 átviteli vonallal sorosan csatlakoztatva. A hálózatba bevitt Vp, feszültség fázisa a váltakozó áramú hálózat v feszültségéhez tetszőleges lehet, azaz teljes egészében szabályozható. Ez a fázisszög lehet 90°-os szög, vagy lehet fázisban a két feszültség, vagy minden egyéb fázishelyzet elképzelhető, ahogyan ez a 2. ábrán látható. Ily módon tehát a Vp, feszültség, amely sorosan kapcsolódik a hálózat v feszültségével felhasználható egyenáramú szabályozófeszültségként is, mivel a 2 áramirányító kimenő feszültsége fázisban adódik hozzá a rendszerfeszültséghez, vagy felhasználható fázistolásra, ebben az esetben a bevitt feszültség két komponens vektoriális eredője, ahol az egyik komponens egy, a hálózati feszültséggel fázisban levő komponens a feszültségszabályozáshoz, míg a másik komponens egy erre merőleges komponens a fázisszög szabályozáshoz. A 2 áramirányító kimenete felhasználható úgy is, hogy kompenzációt valósítunk meg vele a hálózati impedanciák esetében. Ebben az esetben a bevitt feszültség a hálózaton folyó árammal zár be derékszöget vektoriálisan. Lényegében mindezek a minőségi jellemzők egyidejűleg is szabályozhatók, amennyiben erre szükség van úgy, hogy az egyes feszültség komponenseket megfelelően elvezetjük, létrehozzuk ezek vektoriális összegét, amely azután a 2 áramirányító kimenetén - amely lényegében egy átalakító jelenik meg.- the current controller 14Α 2 acts as a converter which generates a voltage v _M having a controllable amplitude at the base frequency, and this voltage is added and connected in series to the voltage v of the network, which appears on the transmission line 6, The voltage of the secondary circuit of the transformer 7, which secondary circuit is substantially connected in series with the transmission line 6. The phase of the voltage Vp, applied to the network, can be arbitrary, i.e. fully controllable, for the voltage v of the AC network. This phase angle may be 90 °, or the two voltages may be in phase, or any other phase position is conceivable, as shown in Figure 2. Thus, the voltage Vp, which is connected in series with the voltage v of the network, can be used as a DC control voltage, since the output voltage of the current controller 2 is added to the system voltage in phase or can be used for phase shifts. component is a component in phase with mains voltage for voltage regulation, while the other component is a perpendicular component for phase angle control. The output of the current controller 2 can also be used to provide compensation for network impedances. In this case, the applied voltage closes at right angles to the current flowing in the network vectorially. Essentially, all of these quality characteristics can be controlled simultaneously if needed by properly conducting each of the voltage components, creating a vectorial sum of them, which is then displayed at the output of the current controller 2, which is essentially a converter.

A 6 átviteli vonallal sorba iktatott feszültség lényegében egy feszültségforrás, amelynek alapfrekvenciája van, és amely a hálózati feszültséggel sorosan kapcsolódik, amelyet a rendszer generátora hoz létre. A beinjektált feszültségen keresztül folyó áram lényegében ugyanaz, mint a 6 átviteli vonalon folyó • · ζThe voltage in series with the transmission line 6 is essentially a voltage source having a base frequency and connected in series with the mains voltage generated by the system generator. The current flowing through the injected voltage is essentially the same as the current flowing through the transmission line 6 · · ζ

- 15áram abban a pillanatban, amikor a feszültséget létrehozzuk, és ezt lényegében a vonalon továbbított teljesítmény határozza meg, valamint a vonalra jellemző impedancia. A VA érték a beadott feszültség esetében, azaz azon feszültség esetében, amikor a 2 áramirányító hozza létre ezt a feszültséget, a beadott feszültség maximuma és a vonalon folyó áram maximumának a szorzata. Ez a teljes VA érték két komponensből áll, egyik a maximális valós teljesítmény, amelyet a maximális vonali áram és a maximálisan bevihető feszültség komponens határoz meg, az a feszültség komponens, amely ezzel az árammal van fázisban, míg a másik komponens a maximális meddőteljesítmény, amelyet a maximális vonali áram és a maximálisan bevitt feszültség azon komponense határoz meg, amely ezzel az árammal 90°-ot zár be. Egy olyan feszültség vezérelt inverter, amely a konverterként működő 2 áramirányító szerepét látja el, belsőleg tud minden reaktív teljesítmény változást létrehozni, éspedig a feszültség/impedancia /fázisszög szabályozás eredményeként, és csak a valós teljesítménnyel kell ellátni, amely az egyenáramú bemenő teljesítménye lesz.15 current at the moment the voltage is generated, which is essentially determined by the power transmitted on the line and the impedance characteristic of the line. The VA value is the product of the input voltage, that is, the voltage at which the current controller 2 generates this voltage, multiplied by the maximum voltage supplied and the maximum current flowing through the line. This total VA value consists of two components, one is the maximum real power determined by the maximum line current and the maximum input voltage component, the voltage component that is in phase with this current, and the other component is the maximum reactive power is defined by the component of the maximum line current and maximum input voltage which closes 90 ° with this current. A voltage-controlled inverter, which serves as the converter 2 acting as a converter, can internally generate any reactive power change, as a result of voltage / impedance / phase angle control, and needs only the real power that will be its DC input power.

A kapcsoló üzemű 1 áramirányító a példaként! kiviteli alaknál szintén feszültségvezéreit inverter, amely a váltakozó áramú rendszerrel a 8 csatoló transzformátoron keresztül van párhuzamosan kapcsolva, és úgy van szabályozva, hogy valós teljesítményt hozzon létre, akkorát, amely a váltakozó áramú rendszerről a közös egyenáramú kivezetéseknél szükséges. Mivel az 1 áramirányító ugyanúgy, ahogy a 2 áramirányító is, a váltakozó áramú csatlakozásainál létre tud hozni feszültséget vagy el tud nyelni feszültséget, függetlenül attól, hogy mekkora az a valós teljesítmény, amely az egyenáramú kivezetéseinél van, ebből következik az is, hogy megfelelő szabályozással teljesíteni tudja ez az elrendezés egy független statikus var-komenzátor funkcióját is, és létre tud hozni meddőteljesítmény kompenzációt az átviteli hálózatra, és ily módon végre tud hajtani egy közvetett feszültség ill. teljesítmény szabályozást is.The switching current controller 1 is an example! In another embodiment, a voltage-controlled inverter, which is connected in parallel with the AC system through the coupling transformer 8 and is controlled to provide the true power required for the common DC terminals of the AC system. Because the current controller 1, like the current controller 2, can generate or absorb voltage at its AC connections, regardless of the actual power at its DC terminals, it follows that, with proper control it can also perform the function of an independent static var-compensator in this arrangement, and can create an infinite power compensation for the transmission network, and thus perform an indirect voltage or voltage compensation. power control as well.

• · • i• · • i

- 16Ahogyan az előbbiekben erre már utaltunk, a találmány szerinti teljesítményszabályozó egy 9 szabályozó áramkörrel van ellátva, amely 9 szabályozó áramkör a GTO 3 tirisztorok gyújtását szabályozza és vezérli az 1 és 2 áramirányítókban, és ez a 9 szabályozó áramkör bármilyen kombinációban el tudja látni az ismert és alkalmazott energiaellátó hálózatok kompenzációját és szabályozását, úgymint meg tud valósítani statikus var-kompenzációt, vezérelhető soros kompenzációt, tirisztor vezérelt transzformátor leágazás átkapcsolásokkal létrehozott egyenáramú szabályozást, megvalósítható vele tirisztor vezérelt transzformátor leágazását kapcsolás fázistoláshoz, és mindez egyetlen készüléken belül. Ezen túlmenően pedig a teljesítményszabályozásnál a teljes voltamper érték, amelyet fogyasztásként elhasznál a készülék, nem több annál a teljesítménynél, mint amennyi akkor, amikor amikor egyetlen funkció megvalósítását végzi csak el a technika állásából ismert bármelyik készülék, tehát például a tirisztor vezérelt transzformátor leágazás átkapcsolással működő fázistolás. Itt jegyezzük meg, hogy a technika állásából ismert fázistoló elrendezések nemcsak hogy nem képesek arra, hogy bármilyen meddő teljesítményt tápláljanak be külső hálózatba kompenzálás céljából, de belsőleg sem tudnák biztosítani azt, hogy a meddő volt-amper értékek létrejöjjenek vagy elnyelésre kerüljenek egy normál fázistolási lépés során. Minden meddöteljesítményt tehát a váltakozó áram felől kell betáplálni, vagy pedig egy külön meddőteljesítmény forrásról, mint amilyen a statikus var-kompenzátor.As mentioned above, the power regulator of the present invention is provided with a regulator circuit 9 which regulates and controls the ignition of the GTO thyristors in the current controllers 1 and 2 and can provide any combination of known and power supply network compensation and control, such as static var compensation, controllable serial compensation, thyristor-controlled transformer branch-to-DC switching, thyristor-controlled transformer branching within a switching phase, and all in one device. In addition, the total volt-amper value consumed by the device in power control is no more than the power when performing only one function in the state of the art, such as thyristor-controlled transformer branching switching. phase shift. It should be noted here that not only are prior art phase shift arrangements not capable of feeding any reactive power to an external network for compensation, but also failing internally to ensure that infertile volt-amps are generated or absorbed by a normal phase shift step. course. Thus, all of the reactive power must be supplied from the alternating current, or from a separate reactive power source, such as a static var compensator.

Annak érdekében, hogy az általunk javasolt teljesítményszabályozó minden feladatát el tudja látni, két feszültségvezéreit áramirányítót, 1 és 2 áramirányítókat alkalmazunk az alap kiviteli alaknál, amelyek közös 4 szűrőkondenzátorról vannak működtetve, amely 4 szűrőkondenzátor úgy van csatlakoztatva, hogy a kiválasztott hálózati paraméter, azaz a feszültség, impedancia, fázisszög és a meddőteljesítmény egymástól független szabályozását lehetővé teszi, ugyanakkor biztosítható az is, hogy a teljes valós teljesítményigénynekIn order to fulfill all the functions of our proposed power regulator, two voltage-controlled current controllers 1 and 2 are used in the basic embodiment, which are operated from a common filter capacitor 4, which is connected so that the selected network parameter, i. voltage, impedance, phase angle, and power output can be independently controlled, while ensuring that the total real power requirement

- 17megfelelően kielégítő koordinált szabályozást valósítson meg úgy, hogy egy egyenáramú szabályozás, egy fázisszög szabályozás és egy belső áramirányító veszteség is fellép.- 17Correctly coordinate with sufficient control, with DC control, phase angle control and internal current loss.

Az 1 áramirányítót tekintve a valós teljesítmény áramát az 1 áramirányító váltakozó áramú kivezetései felé vagy felől, és ennek következtében az egyenáramú csatolás felé vagy felől azon fázisszög határozza meg, amely az 1 áramirányító által létrehozott váltakozó feszültségek fázisszöge és a váltakozó áramú hálózat feszültségének a fázisszöge között van. Másrészt viszont a meddőteljesítmény áramát az 1 áramirányító váltakozó áramú kivezetései felé vagy felől, azon amplitúdó különbség határozza meg, amely az 1 áramirányító és a váltakozó áramú hálózat feszültsége között van. Ha ez a különbség nulla azaz az 1 áramirányító feszültsége ugyanolyan amplitúdójú, mint a hálózati feszültség amplitúdója - úgy a meddőteljesítmény is nulla értékű, ha a különbség pozitív, azaz az áramirányító feszültség amplitúdója nagyobb, úgy az 1 áramirányító meddő (kapacitív) teljesítményt hoz létre, ha ez a különbség negatív - azaz az 1 áramirányító feszültségének amplitúdója a kisebb - úgy az 1 áramirányító reaktív (induktív) teljesítményt vesz fel. Azt a feszültségkülönbséget, amely ahhoz szükséges, hogy teljes var kimenet jöjjön létre, általában a 8 csatolótranszformátor szivárgó impedanciája határozza meg. Ez tipikusan nem több, mint a rendszer névleges feszültségének a 15 %-a. Ily módon tehát ahhoz, hogy a valós teljesítményt és a meddőteljesítményt úgy tudjuk szabályozni, hogy azok függetlenek legyenek, a névleges egyenáramú csatolófeszültséget úgy kell megválasztani, hogy az elegendően nagy legyen ahhoz, hogy az 1 áramirányító kimenő feszültségei akkorák legyenek, mint a váltakozó áramú hálózat feszültsége a 8 csatolótranszformátor szekundér oldalán.With respect to the current controller 1, the current power current to or from the AC terminals of the current controller 1 and, consequently, to the DC coupling is determined by the phase angle between the phase angle of the AC voltages generated by the current controller 1 and the phase voltage of the AC mains. it is. On the other hand, the jet power current to or from the AC terminals of the current controller 1 is determined by the amplitude difference between the voltage of the current controller 1 and the AC network. If this difference is zero, i.e. the voltage of the current controller 1 has the same amplitude as the voltage of the mains voltage, then the reactor power is zero, if the difference is positive, i.e. the amplitude of the current controller voltage produces a capacitive power, if this difference is negative, i.e. the voltage amplitude of the current controller 1 is smaller, then the current controller 1 draws reactive (inductive) power. The voltage difference required to produce a full var output is generally determined by the leakage impedance of the coupling transformer 8. This is typically no more than 15% of the system rated voltage. Thus, in order to control the real power and the power output so that they are independent, the rated DC coupling voltage must be chosen so that it is high enough that the output voltages of the current controller 1 are as large as the AC network. voltage on the secondary side of the coupling transformer 8.

A 2 áramirányító esetében az a helyzet, hogy ez a 2 áramirányító az, amely a kívánt váltakozó feszültséget a vonali feszültséggel sorosan előállítja, így ennek a helyzete az előzőtől eltérő. Ebben az esetben egy olyan váltakozóIn the case of the current controller 2, it is the case that the current controller 2 produces the desired AC voltage in series with the line voltage, so that its position is different from the previous one. In this case, one is alternating

- 18feszültségvektort hozunk létre, amelyet a nagysága és a fázisszöge határoz meg egy adott referenciaértékhez, például a rendszer feszültség- vagy áramvektorához képest, amely a teljesítménnyel szemben támasztott követelményeknek eleget tevő kimeneti teljesítményt hoz létre. Ebben az esetben ez a feszültségvektor lehet nulla, ekkor tehát nincs feszültségszabályozás, nincs fázistolás és nincs impedancia kompenzáció sem, ebben az esetben pedig nulla vagy nagyon kicsi egyenáramú csatolófeszültségre van szükség akkor, ha a váltakozó áramú kimeneti feszültség amplitúdója közvetlenül függ az egyenáramú csatolófeszültségtől. Ahogyan a bevitt feszültség vektorértéke növekszik, ezzel arányban fog növekedni az egyenáramú csatolófeszültség is. A feszültség betáplálásból eredő valós teljesítmény közvetlenül jelenik meg az egyenáramú kivezetéseknél, míg a szükséges meddőteljesítményt automatikusan hozza létre belsőleg a 2 áramirányító. Az egyenáramú csatolásnak olyannak kell lennie, hogy képes legyen az 1 áramirányítón keresztül a valós teljesítményigényt létrehozni, máskülönben a 2 áramirányító kimenő feszültsége nem lenne fenntartható. Annak érdekében, hogy az 1 és 2 áramirányítók működéséhez szükséges különbségeket összhangba lehessen hozni, amely az 1 áramirányító esetében a viszonylag nagy egyenáramú csatolófeszültség, amely megfelel a váltakozó áramú feszültség amplitúdójának nulla var-generálás esetén, és a mért var kimeneti feszültség által okozott változásokat csillapítja, míg a 2 áramirányító esetében a közel nulla egyenáramú csatolófeszültség nulla feszültség bevitel esetén, amely azután arányosan nő a beviteli feszültség amplitúdójával, a példakénti kiviteli alaknál mind az 1 mind pedig a 2 áramirányító kimenő feszültségeit belsőleg szabályozzuk önmagában ismert módszerekkel, például impulzusszélesség modulációval (PWM), vagy a két 1 és 2 áramirányító vagy áramirányító csoportok által létrehozott feszültségek vektoriális összegével, amelyek a közös 8 csatoló transzformátorra jutnak.Generating a voltage vector 18 defined by its magnitude and phase angle relative to a given reference value, such as a system voltage or current vector, which produces output power that meets the performance requirements. In this case, this voltage vector can be zero, so there is no voltage control, no phase shift and no impedance compensation, in which case zero or very low DC coupling voltage is required if the amplitude of the AC output voltage directly depends on the DC coupler. As the vector value of the input voltage increases, so will the DC coupler voltage. The actual power output from the voltage supply is directly displayed at the DC terminals, while the required reactive power is automatically generated internally by the current controller 2. The DC coupling must be capable of generating a real power demand through the current controller 1, otherwise the output voltage of the current controller 2 would be unsustainable. In order to reconcile the differences in the operation of the current controllers 1 and 2, which for the current controller 1 has a relatively high DC coupling voltage corresponding to the amplitude of the AC voltage at zero variation and attenuates the variations caused by the measured var output voltage whereas, for the current controller 2, the near-zero dc coupling voltage at zero voltage input, which then increases proportionally with the amplitude of the input voltage, in the exemplary embodiment, the output voltages of both the current controller 1 and 2 are internally controlled by methods known per se, e.g. ), or the vectorial sum of the voltages generated by the two current control or current control groups 1 and 2, which are applied to the common coupling transformer 8.

« · · • · ·«· · • · ·

- 19• · · ·· ·· ·- 19 • · · ······

Ezzel az elrendezéssel az egyenáramú csatolófeszültség az 1 áramirányítónál lényegében konstans szinten tartható, olyan értéken, amely megfelel a bármelyik 1 vagy 2 áramirányító által létrehozott legnagyobb kimenő feszültség értéknek. Itt jegyezzük meg, hogy az elrendezést nem kell feltétlenül az előbb említett módon működtetni. Lehetséges például egy olyan kiviteli alak, hogy az 1 áramirányító belső feszültségszabályozás nélkül működik. Ebben az esetben az egyenáramú csatolófeszültség a meddőteljesítmény kompenzációnak megfelelően alakul, amelyet ezzel az 1 áramirányítóval tudunk megvalósítani, és amely kompenzáció tipikusan ± 15 % a váltakozó áramú hálózat névleges feszültségének az amplitúdója körül. A 2 áramirányító a saját kimenő feszültsége amplitúdóját a viszonylag kevéssé változó egyenáramú csatolófeszültség függvényében egy belső szabályozó mechanizmussal, például impulzusszélesség szabályozással tudja szabályozni.With this arrangement, the DC coupling voltage at the current controller 1 can be kept substantially constant at a value corresponding to the highest output voltage generated by any of the current controllers 1 or 2. It should be noted here that the arrangement does not have to be operated in the manner described above. For example, it is possible that the current controller 1 operates without internal voltage regulation. In this case, the DC coupling voltage varies according to the reactive power compensation that can be achieved with this current controller 1, which is typically ± 15% of the amplitude of the nominal voltage of the AC mains. The current controller 2 can control the amplitude of its own output voltage as a function of the relatively slightly variable DC coupling voltage by means of an internal control mechanism such as pulse width control.

A feszültségvezéreit 2 áramirányító a példaként! kiviteli alaknál, amikor soros kompenzációt valósít meg, legegyszerűbb formájában 6 önkioldó félvezető kapcsoló elemmel (GTO), például 3 tirisztorral valósítható meg, amely 3 tirisztorok mindegyikével antiparallel módon 9 dióda van párhuzamosan kapcsolva, ahogyan ez az 1. ábrán is látható. Az egyenáramú táplálás felől, amelyet a feltöltött 4 csatolókondenzátor biztosít, amely a bemeneti vezetékekre van csatlakoztatva az 1 és 2 áramirányítók mindegyike három kvázi négyszög alakú hullámforma sorozatot tud előállítani egy adott frekvencián úgy, hogy az egyenáramú bemeneti feszültséget egymás után kapcsolja a három kimeneti csatlakozóra a megfelelő kapcsolóelemeken, itt a 9 tirisztorokon keresztül. A kapcsoló 1 és 2 üzemű áramirányítók és az általuk létrehozott hullámformák a kapcsoló pólusok közepénél (vA, vB és vC) és a kimenetnél (vAB, vBC és vCA) a 3. ábrán láthatók.Voltage guides 2 current controllers as an example! In its embodiment, when it performs serial compensation, it can be implemented in its simplest form by a self-timing semiconductor switching element (GTO) 6, such as a thyristor 3, each of which has diode 9 connected in parallel, as shown in FIG. From the DC power provided by the charged coupling capacitor 4, which is connected to the input wires, each of the current controllers 1 and 2 can produce three series of quasi-rectangular waveforms at a given frequency by switching the DC input voltage to the through suitable switching elements, here thyristors 9. The switch current controllers 1 and 2 and the waveforms they generate at the center of the switch poles (vA, vB and vC) and the output (vAB, vBC and vCA) are shown in Figure 3.

Az alap 2 áramirányító, itt inverter 1. ábrán látható kiviteli alakja úgy van kialakítva, hogy a 3. ábrán látható kimeneti hullámformát hozza létre, azonbanThe embodiment of the basic current controller 2, here the inverter shown in Figure 1, is designed to produce the output waveform shown in Figure 3, but

-20túl nagy a torzítása ahhoz, hogy gyakorlati célokra alkalmazható lenne. Ez tehát alkalmatlan lenne arra, hogy a kimeneti feszültség amplitúdóját az egyenáramú csatolófeszültségtől függetlenül szabályozza. Éppen ezért a gyakorlati alkalmazásokra való alkalmassá tételhez a kimenő feszültség alapot úgy kell kialakítani, hogy minimális legyen a harmonikus komponens bennük, és így biztosítsa az alapkomponensek vezérlését. Különböző, ismert megoldás létezik ennek megvalósítására, úgymint impulzusszélesség moduláció, vagy sokfázisú hullámforma szintézis, a fáziseltolt alapkomponensek vektoriális összegével együtt ezt kielégítik. Az alapkomponensek alatt az 1 áramirányító csoportok például kettős betáplálású csatoló elrendezések által létrehozott jeleket értjük.-20 is too distorted to be used for practical purposes. Thus, it would be inappropriate to regulate the amplitude of the output voltage independently of the DC coupling voltage. Therefore, in order to make it suitable for practical applications, the output voltage base must be designed to minimize the harmonic component in them and thus provide control of the basic components. Various known solutions exist to accomplish this, such as pulse width modulation or multiphase waveform synthesis, together with the vectorial sum of the phase shifted core components. The basic components are understood to mean signals generated by the current control groups 1, for example by double-feed coupling arrangements.

Nagyteljesítményű áramirányító rendszer esetében az alkalmazott 5' teljesítményszabályozó egy példaként! kiviteli alakja a 4A és 4B ábrán látható. Ennél az elrendezésnél a 8 csatolótranszformátor 8PA, 8PB és 8PC primér tekercsei vannak a háromfázisú 6 átviteli vonalhoz csatlakoztatva három 10 fázisleválasztó kapcsolón keresztül. Mindegyik, a 8 csatolótranszformátorhoz tartozó 8SA, 8SB és 8SC szekundér tekercse kétszeresen van megtáplálva az 1 áramirányító 1L és 1R tartományából egy-egy közbenső 11 és 12 transzformátoron keresztül. Az 1 áramirányítóhoz tartozó mindegyik 1L és 1R tartomány négy hatutas 1L1-IL4 és 1R1-1R4 áramirányító csoportot tartalmaz. Mindegyik ilyen hatutas csoportnál a 13 elem egy-egy GTO 3 tirisztort jelképez, a hozzá tartozó és 1. ábrán látható megfelelő antiparallel kapcsolt 9 diódával. Példaként említjük, hogy a 8 csatolótranszformátor C fázisához tartozó 8SC szekundér tekercsnek a két vége 11C és 12C transzformátorokról van táplálva. A 11C transzformátorok végeit a 11 CL és 11CR tekercsek táplálják. A 11 CL tekercs két végét a 11 CL és 11CR tekercsek táplálják. A 11 CL tekercs két vége ezzel szemben az 1L1 és 1L2 hatutas impulzuscsoport C fázisáról vannak táplálva, míg a 11CR tekercs két vége az 1L3 és 1L4 csoport C fázisáról vannak táplálva. Hasonló módon az 1R1 és 1R2 csoportnak a GTO 3 tirisztorai aFor a high power current control system, use the power regulator 5 'as an example! 4A and 4B. In this arrangement, the primary windings 8PA, 8PB and 8PC of the coupling transformer 8 are connected to the three-phase transmission line 6 via three phase-disconnect switches 10. Each of the secondary windings 8SA, 8SB and 8SC for the coupling transformer 8 is fed twice from the 1L and 1R regions of the current converter 1 via one of the intermediate transformers 11 and 12. Each of the 1L and 1R ranges associated with the current controller comprises four six-way current control groups 1L1-IL4 and 1R1-1R4. In each of these six-way groups, the element 13 represents a GTO thyristor 3 with its corresponding antiparallel connected diode 9 shown in FIG. By way of example, the two ends of the 8SC secondary winding associated with phase C of the coupling transformer 8 are fed from 11C and 12C transformers. The ends of the 11C transformers are fed by the 11 CL and 11CR coils. The two ends of the 11 CL coil are fed by the 11 CL and 11CR coils. In contrast, the two ends of the CL coil 11 are fed from phase C of the six-pulse group 1L1 and 1L2, while the two ends of the 11CR coil are fed from phase C of the groups 1L3 and 1L4. Similarly, the GTO 3 thyristors of groups 1R1 and 1R2 a

-21 transzformátor 12CL tekercsének a két végét táplálják a C fázisnál, míg a hatütemű 1R3 és 1R4 csoport tagjai a transzformátor 12CR tekercseihez vannak csatlakoztatva, annak két végére. A transzformátor 12CL tekercse és a 12CR tekercse a transzformátor 12C tekercsének a két végére vannak csatlakoztatva a középső kivezetéseikkel. A hatütemű csoportok gyújtási szögének megfelelő szabályozásával az 1L és 1R áramirányító tartományok úgy vannak nyitva, hogy végülis negyvennyolc impulzusfeszültség jelenik meg, amely a 8 csatolótranszformátoron keresztül jut el a 6 átviteli vonalra. A találmány értelmében a GTO tirisztoroknak a gyújtása a nyolc hatutas csoportban úgy van szabályozva, hogy a 8 transzformátoron keresztül a 6 átviteli vonalhoz megfelelő amplitúdójú és fázisszögű feszültséget táplál.-21 transformer 12CL windings are fed at phase C, while the six-stroke 1R3 and 1R4 members are connected to the 12CR windings of the transformer at both ends. The transformer 12CL coil and the 12CR coil are connected to the two ends of the transformer coil 12C with their central terminals. By properly adjusting the focal angle of the six stroke groups, the current control regions 1L and 1R are open so that forty-eight pulse voltages are finally delivered to the transmission line 6 via the coupling transformer 8. According to the invention, the ignition of the GTO thyristors in the eight six-way groups is controlled by supplying a voltage of sufficient amplitude and phase angle to the transmission line 6 via transformer 8.

A 4B. ábrán látható kiviteli alaknál a 2 áramirányító, mint inverter, amely a nagyteljesítményű 5 teljesítményszabályozó inverter részét képezi, szintén egy negyvennyolc impulzusú inverterrendszer, amelynek két 2L és 2R tartománya van, mindegyikben négy hatutas inverteregység van kialakítva, nevezetesen a 2L1-2L4 csoport, és a másik a 2R1-2R4csoport, amelyek megfelelő közbenső 15 transzformátorokon keresztül vannak egy injektáló 7 transzformátor 7SC, 7SA és 7SB tekercseire - amelyek a három fázis tekercseit képezik - csatlakoztatva. A 7 transzformátor 7PC, 7PA és 7PB primér tekercse van, amelyek a háromfázisú 6 átviteli vonallal vannak sorosan csatlakoztatva akkor, ha a 16 kapcsolót zárjuk és a 17 megszakítót nyitjuk. A 2L1-2L4 és 2R1-2R4 tartományok az inverteregységekben lévő GTO 3 tirisztorok gyújtási szögének, valamint az 6 átviteli vonalon lévő feszültséghez képesti nagyságuk és fázisszögük szabályozásával a 7 transzformátor által betáplált feszültség szabályozása történik, azaz a 7 transzformátoron keresztül a 6 átviteli vonalra megfelelően szabályozott feszültséget tudunk továbbítani.4B. In the embodiment shown in FIG. 2A, the current controller 2, which is part of the high power power inverter 5, is also a forty-eight pulse inverter system having two 2L and 2R ranges, each comprising four six-wire inverter units, namely the 2L1-2L4 another is the group 2R1-2R4, which are connected via appropriate intermediate transformers 15 to the coils 7SC, 7SA and 7SB of an injection transformer 7, which form the coils of the three phases. The transformer 7 has a primary winding 7PC, 7PA and 7PB connected in series with the three-phase transmission line 6 when the switch 16 is closed and the circuit breaker 17 is opened. The ranges 2L1-2L4 and 2R1-2R4 are controlled by adjusting the ignition angle of the GTO 3 thyristors in the inverter units and their magnitude and phase angle with respect to the voltage on the transmission line 6, i.e. the voltage across the transformer 7 we can transmit voltage.

Visszatérve az 1. ábrára, az 1. ábrán látható szabályozó két feszültségtáplált 1 és 2 áramirányítóval, mint átalakítóval és inverterrel működik, amely aReturning to Fig. 1, the regulator of Fig. 1 operates with two voltage-fed current controllers 1 and 2 as a converter and an inverter which

-22találmány szerinti 5 teljesítményszabályozóval egy egységet képez. A 18 szabályozó fő feladata, hogy az 1 és a 2 áramirányítókat - amelyek hol inverterként, hol pedig konverterként működnek - úgy működtesse, hogy az alábbi feltételek biztosítva legyenek:It forms one unit with 5 power controllers according to the invention. The main function of the controller 18 is to operate the current controllers 1 and 2, which act as inverters and sometimes as converters, in such a way that the following conditions are met:

(1) a 2 áramirányító kimenő váltakozó feszültsége, amely a 6 átviteli vonalba sorosan van iktatva, megfelelő nagyságú legyen, és megfelelő fázisszöge is legyen, azaz a rendszer paraméterek pillanatnyi követelménynek megfelelő értéke legyen. Itt a paraméter lehet az impedancia, a fázisszög vagy a feszültség nagysága, és a kimenő értéket a 7 transzformátor kimeneténél úgy kell biztosítani, hogy összhangban legyen azzal a referenciajellel, amelyet a 8 szabályozóhoz továbbítunk, optimális teljesítményátvitel esetén, és (2) az 1 áramirányító kimenő feszültsége, amely 1 áramirányító ebben az esetben egy feszültségátalakítóként van kiképezve, és párhuzamosan van a 8 transzformátoron keresztül a 6 átviteli vonalra csatlakoztatva, kimenő feszültségének megfelelő nagysága és fázisszöge legyen ahhoz, hogy a valós teljesítményigénnyel arányos jelet továbbítson a 2 áramirányító - amely itt inverterként működik - felé, és a 7 transzformátor bemenetére olyan meddőteljesítményt hozzon létre, vagy nyeljen el onnan, amellyel ezen a ponton a külsőleg megadott referenciafeltételeknek megfelelő feszültség jön létre.(1) the output voltage of the current controller 2, which is connected in series to the transmission line 6, should be of sufficient magnitude and also have a suitable phase angle, i.e., the system parameter value according to the instantaneous requirement. Here, the parameter may be the impedance, phase angle or voltage magnitude, and the output value at the output of transformer 7 should be provided in a manner consistent with the reference signal transmitted to controller 8 for optimal power transfer, and (2) the output voltage of the current controller 1, which in this case is configured as a voltage converter and is connected in parallel to the transmission line 6 via the transformer 8, has a corresponding magnitude and phase angle of its output voltage to transmit a signal proportional to the actual power demand to operate at, and absorb, at the input of the transformer 7, a voltage at this point corresponding to externally specified reference conditions.

A 18 szabályozó rendszer úgy van kialakítva, hogy alkalmas arra, hogy külső referenciajeleket fogadjon. Ezeket a jeleket megfelelő zárt hurkú szabályozókörökben alkalmazzák, amellyel az 1 és 2 áramirányítókat arra kényszeríti a rendszer, hogy a referenciajelekhez illeszkedő kimenő feszültséget hozzanak létre. A referenciajelek származtatását a váltakozó áramú rendszer megfelelő paramétereinek külső mérésével hozzuk létre. Ezen mérés nem képezi a bejelentés részét, ezt az US 07/760,628 számú bejelentésünkben ismertetjük részletesebben.The control system 18 is configured to receive external reference signals. These signals are applied in appropriate closed-loop control circuits, which forces the current controllers 1 and 2 to produce an output voltage that matches the reference signals. The derivation of reference signals is performed by external measurement of the appropriate parameters of the AC system. This measurement is not part of the application, which is described in more detail in US 07 / 760,628.

• ·• ·

-23Annak érdekében, hogy a két feszültségvezéreit 1 és 2 áramirányítóval megvalósított szabályozórendszert megmagyarázzuk, és a szabályozást bizonyítsuk, mindenképpen szükség van először arra, hogy egy olyan modellt állítsunk fel, amely a rendszer dinamikus viselkedését mutatja be. Az 5. ábrán az 5 teljesítményszabályozó egyszerűsített működési diagramja látható. A két 1 és 2 áramirányító, mint ideális feszültségátalakítók vannak jelölve, amelyek mindegyike a bemeneten lévő egyenáramú feszültséget (v_dc) három szinuszos váltakozóáramú kiegyenlített jelsorozattá alakítja át, amelynél a pillanatnyi fázisszög Θ, és a pillanatnyi amplitúdó τ. v_dc, amely az alábbi módon határozható meg;-23In order to explain the control system implemented by the two voltage controllers 1 and 2 by means of current controllers and to prove the control, it is absolutely necessary to first set up a model which shows the dynamic behavior of the system. Figure 5 is a simplified operating diagram of the power regulator 5. The two current controllers 1 and 2 are designated as ideal voltage converters, each of which converts the dc voltage (v _dc ) at the input to a three-sided alternating current series with the instantaneous phase angle Θ and the instantaneous amplitude τ. v _dc , which can be determined as follows;

’e.i 'e.i X₁V_dcCOS(0₁)X ₁ V _dc COS (0 ₁ ) ®a2^_ ®a2 ^_ ^eb1 ^e b1 = = x₁v_dccos(0₁)-x ₁ v _dc cos (0 ₁ ) - ζπ ~3~ ζπ ~ 3 ~ ®b2 ®b2 _®c1_ _®c1_ 2π 2π Λ2. Λ2.

Mdc 008(0!) + —Mdc 008 (0!) + -

T₂V_dcCOS(0₂) . 2πT ₂ V _dc COS (0 ₂ ). 2π

X₂V_dcCOS(0₂)- — X₂v_dc COS(0₂) + yX ₂ V _dc COS (0 ₂ ) - - X ₂ v _dc COS (0 ₂ ) + y

A τ és Θ beállítása minden esetben az 1 és 2 áramirányítókban lévő teljesítménykapcsolók, itt a 3 tirisztorok kapuzásával ill. gyújtásával történik. Ezek a paraméterek igen gyorsan és egymástól függetlenül változtathatók a 18 szabályozó által létrehozott referenciajelek (τ*, Θ*) válaszjeleként.The settings of τ and Θ are always set by the gate switches in the current controllers 1 and 2, here by the gates or thyristors 3 respectively. ignition. These parameters can be changed very rapidly and independently of each other in response to the reference signals (τ *, Θ *) generated by the controller 18.

Az 5. ábrán látható kiviteli alaknál a 2 áramirányító váltakozó áramú oldalán lévő feszültség sorosan van csatlakoztatva a 6 átviteli vonallal a 7A, 7B és 7C transzformátorokon keresztül, amelyek szintén ideális transzformátorként vannak itt feltüntetve. Ennek értelmében tehát és az ismertetés során elhanyagoljuk a transzformátorban lévő reaktancia hatására fellépő szivárgást, és úgy tekintjük a 2 áramirányító váltakozó áramú oldalán folyó áramot, hogy az arányos a 6 átviteli vonal áramával. Az 1 áramirányító váltakozó áramú oldalán az 1. ábrán is látható 8 csatolótranszformátorhoz tartozó 19A, 19B és 19C induktív • · • · · t fc ··· · · · · ·In the embodiment shown in Fig. 5, the voltage on the AC side of the current controller 2 is connected in series with the transmission line 6 via the transformers 7A, 7B and 7C, which are also shown here as an ideal transformer. Accordingly, and in the context of this disclosure, the leakage due to reactance in the transformer is neglected and the current flowing on the AC side of the current controller 2 is considered to be proportional to the current of the transmission line 6. On the AC side of the current controller 1, the inductor 19A, 19B and 19C for the coupling transformer 8 shown in Fig. 1 are also shown.

-24tekercseken keresztül van az átviteli vonalra csatlakoztatva, ahol a 19A, 19B és 19C induktív tekercsek a 8 csatolótranszformátor szivárgási induktivitását jelképezik, amely 8 transzformátor az áramkörben párhuzamosan van a 6 átviteli vonallal kapcsolva.It is connected to the transmission line through coils -24, wherein the inductive coils 19A, 19B and 19C represent the leakage inductance of the coupling transformer 8, which is connected in parallel to the transmission line 6 in the circuit.

Az 5. ábrán feltüntettük a különböző ágakban folyó áramok és fellépő feszültségek irányát is. Ezen túlmenően pedig a hagyományos vektoriális jelölést használtuk a háromfázisú változó paraméterek pillanatnyi értékének, az áramoknak és a feszültségeknek a jelölésére. A három fázis mindegyikénél a pillanatnyi értéket egy kétdimenziós vektor jelképezi, amelyeket a d és q-tengely által képezett ortogonális koordinátarendszerben tüntetünk fel. A referenciakeretet ily módon úgy alakítottuk ki, hogy a d tengely mindig egybe esik a kiválasztott referenciavektor tengelyével. Ebben az esetben a referenciavektor az átviteli vonal feszültsége azon a ponton, ahol az 1 áramirányító rá van csatlakoztatva. A 8. ábrán, amelyet az alábbiakban részletes is ismertetünk, azt definiáljuk, hogy a megfelelő rendszervektorokat ebben a referenciakeretben hogyan helyezzük el, és hogyan nyerjük ki a háromfázisú paraméterekből. A 6. ábrán a fázisdiagram látható, ahol ezeket a vektorokat grafikusan mutatjuk be.Figure 5 also shows the direction of currents and voltages in the different branches. In addition, conventional vectorial notation was used to denote the instantaneous value of three-phase variable parameters, currents and voltages. For each of the three phases, the instantaneous value is represented by a two-dimensional vector represented by an orthogonal coordinate system formed by the d and q axes. The reference frame is thus constructed such that the axis d always coincides with the axis of the selected reference vector. In this case, the reference vector is the voltage of the transmission line at the point where the current controller 1 is connected to it. Figure 8, also described in more detail below, defines how to place the appropriate system vectors in this reference frame and how to extract them from the three-phase parameters. Figure 6 is a phase diagram showing these vectors graphically.

Erre a vektoriális magyarázatra azért van szükség, mivel a vektorok d és q komponensei egy megfelelően megválasztott referenciakeretben megkönnyítik a pillanatnyi teljesítmény áramlásának a leírását. Az 1 áramirányító esetében a pillanatnyi teljesítmény, amely az átviteli vonalról vételre kerül, a következő:This vectorial explanation is needed because the d and q components of the vectors facilitate the description of the instantaneous power flow in a properly selected reference frame. For the current controller 1, the instantaneous power received from the transmission line is as follows:

Pi = 3/2 v . i_d, (2)Pi = 3/2 v. i _d , (2)

Ily módon tehát a i_d, áramkomponens minden egyes valós teljesítményre figyelembevételre kerül függetlenül attól, hogy az i_qi értéke mennyi. A i_qi értékét azután úgy definiáljuk, mint pillanatnyi meddőáram ebben a körben, és ebből meg tudjuk határozni a pillanatnyi meddőteljesítmény értékét is, amely:Thus, the current component ai _d , for each true power, is taken into account, irrespective of the value of i _q i. The value of i _q i is then defined as the instantaneous reactive current in this circuit, and from this we can determine the value of the instantaneous reactive power, which:

Qí = 3/2 v . i_q, (3) • · · • ·Qi = 3/2 v. i _q , (3) • · · • ·

-25A szabályozórendszer arra törekszik, hogy ezt a két komponenst egymástól függetlenül úgy szabályozza ki, hogy eleget tegyen a valós teljesítményigénynek, amelyet az egyenáramú szűrőkondenzátorra juttatunk, mint feszültséget, és eleget tegyen a meddőteljesítménynek is, amely pedig a külső rendszer szabályozáshoz szükséges.The -25A control system strives to regulate these two components independently of each other so as to meet the real power demand that is applied to the DC filter capacitor as a voltage and also the reactive power required for external system control.

A 2 áramirányító esetében a váltakozó áramú kivezetésen lévő feszültségvektor e₂ (e_d2, e_q2) a referenciafeszültség vektorhoz v (v, 0) van hozzáadva úgy, hogy egy megfelelően illesztett kimenőfeszültség vektor v (v'_d , v'_q) jöjjön létre. Mivel a e₂ vektor arbitrális fázisszöget jelöl ki a v vektorhoz képest és egy arbitrális feszültségnagyságot adott határok között, ily módon v vektor gyorsan és pontosan illeszthető és állítható mind nagyságban, mind pedig fázisban.In the case of the current controller 2, the voltage vector e ₂ (e _d2 , e _q2 ) at the AC outlet is added to the reference voltage vector v (v, 0) so that a properly matched output voltage vector v (v ' _d , v' _q ) is created. . Because the vector e ₂ represents an arbitrary phase angle relative to the vector v and provides an arbitrary voltage magnitude within a given range, this allows vector v to be quickly and accurately fitted and adjusted, both in magnitude and phase.

A 6. ábrán a rendszer vektorainak az elhelyezkedése látható egy tipikus állandósult állapotbeli helyzetben. Itt jegyezzük meg, hogy ha e₂ vektor tetszőleges fázisszögeket vehet fel, úgy a 2 áramirányító valós teljesítményt vesz fel az átviteli hálózatról. Ennek a teljesítménynek az értéke az alábbiak szerint állapítható meg:Figure 6 shows the location of the system vectors in a typical steady state position. It should be noted here that if the vector ₂ can assume any phase angles, the current controller 2 draws real power from the transmission network. The value of this power can be calculated as follows:

P₂ = 3/2 (e_d2. i_d2 + e_q2. i_q2) (4)P ₂ = 3/2 (e _d2 . I _d2 + e _q2 . I _q2 ) (4)

Ha elhanyagoljuk a 2 áramirányító teljesítményveszteségeit, akkor minden egyes esetben a váltakozó áramú kivezetésen levő teljesítmény egyenlő lesz azzal a teljesítménnyel, amely az egyenáramú kivezetéseken megjelenik. Mivel a 2 áramirányító - amely itt inverterként működik - szabadsággal rendelkezik a valós teljesítmény változtatására, így az 1 áramirányítónak kell egy azonos nagyságú, de ellentétes valós teljesítményt létrehozni, ezenkívül pedig egy olyan kívánt teljesítményt, amely a veszteségeket pótolja, és ily módon a 4 szűrőkondenzátoron az előre megadott szintet fenntartja.If we neglect the power losses of the current controller 2, the power at the AC outlet will in each case be equal to the power displayed at the DC terminals. Since the current controller 2, which acts as an inverter here, has the freedom to change the real power, the current controller 1 must produce an equal amount of opposite power but also a desired power to compensate for the losses and thus the filter capacitor 4 maintains a predefined level.

A 7. ábrán a 18 szabályozó rendszer egy példaként! kiviteli alakja látható. A 20 külső szabályozó a mért változókat használja fel. Ezekbe a mért változókba beleértendő a három i_a1 - i_c1 fázisáram, amelyet az 1 áramirányító táplál be • *· • · ·7 illustrates the control system 18 as an example. is shown. The external controller 20 uses the measured variables. These measured variables include the three phase currents i _a1 - i _{c1 supplied} by the current controller 1 • * · • · ·

-26a 6 átviteli vonalba, az 1,2 - i_C2 váltakozóáramok, amelyek a második 2 áramirányítón, mint inverteren folynak keresztül, továbbá a 6 átviteli vonalon lévő v_ab v_cb vonali feszültségek azon a ponton, ahol az 1 áramirányító a 6 átviteli vonalhoz van csatlakoztatva. A 20 külső szabályozóhoz pedig még további referenciabemenetek és paraméterállító bemenetek is tartoznak, amelyekről már a korábbiakban szóltunk, és amelyekkel az e*₂ feszültség értékére a referenciaértékek beállíthatók. Az e*₂ feszültség a transzformátor által átalakított és a 2 áramirányító által a 6 átviteli vonalra kapcsolandó feszültség értéke. A referenciafeszültséget a rögzített referenciasíkra koordinátákká alakítjuk át úgy, hogy az e*₂ -t Vcd-vel osztjuk el a 21 osztóegységben, és így hozzuk létre annak kimenetén a x*₂ referenciajelet, a 20 külső szabályozó egy további kimenő jele az a*₂ szög referenciajel, amelyet a 22 zárt fázishurokban létrehozott φ jellel egy 21a összegzőbe viszünk, és így hozzuk létre a 0*₂ referenciajelet. A τ*₂feszültség referenciajelet és a 0*₂ fázisszög referenciajelet azután egy 42a szabályozóba vezetjük, amely a 2 áramirányító gyújtójeleit hozza létre, amelyek segítségével a 2 áramirányító GTO 3 tirisztorait gyújtjuk, és így hozzuk létre a váltakozó áramú hálózatra csatlakoztatandó kívánt nagyságú és fázisszögű jelet.-26a in the transmission line 6, the AC currents 1,2 - i _C 2 flowing through the second current controller 2 as an inverter and the line voltages v _ab v _{cb in} the transmission line 6 at the point where the current controller 1 is in the transmission line 6 is connected to a line. The external controller 20 also has additional reference inputs and parameter setting inputs, as discussed above, for setting reference values for the voltage e * ₂ . Voltage e * ₂ is the value of the voltage transformed by the transformer and to be connected to the transmission line 6 by the current controller 2. The reference voltage is converted to a fixed reference plane by coordinates so that e * ₂ is divided by Vcd in the divider 21 to produce an ax * ₂ reference signal at its output, an additional output signal of the external regulator 20 being a * _2. a reference signal, which is added to the sumator 21a by the φ signal generated in the closed-phase loop 22 to form the reference signal 0 * ₂ . The voltage reference signal τ * ₂ and the phase angle reference 0 * _{2 are} then applied to a regulator 42a which generates the ignition signals of the current controller 2, which are used to ignite the thyristors 3 of the current controller 2 to produce the desired magnitude signal.

Ahogyan már a korábbiakban utaltuk arra, a 2 áramirányító segítségével történő e₂ vektor szabályozása magától értetődő és minden pillanatban megvalósul. Maga a 18 szabályozó rendszer elsődlegesen a váltakozó oldali áramok (idi, i _qi) szabályozására vonatkozik az 1 áramirányítónál úgy, hogy biztosítva van az egyenáramú oldalon a megfelelő feszültség, és a meddőteljesítmény igény megfelelő Q/ értékű, amelyet szintén a 20 külső szabályozóról vezetünk el.As stated above, the control of this vector by the current controller _{2 is} self-evident and is implemented at any moment. The control system 18 itself is primarily concerned with controlling the alternating side currents (idi, i _q i) at the current controller 1 so that the right side voltage is provided and the reactor power demand Q / D, which is also derived from the external regulator 20. a.

A szabályozó a mért h vektor visszacsatolásával működik, amelynek egy idi és i_q komponense, amelyet egy 23 forgótengelyű koordináta transzformátor rendszer állít elő az 1 áramirányító i_a1, i_bi és id váltakozó áramaiból úgy, hogy • · · ···The controller operates by feedback of the measured vector h, which has an idi and i _q component produced by a rotary coordinate transformer system 23 from alternating currents i _a1 , i _b i and id of the current controller 1 such that

-27közben felhasználja a 22 fáziszárt hurok által létrehozott φ szöget. Állandósult állapotban kiegyenlített szinuszos viszonyok között a ii vektor értéke konstans. A i_di és a i_q1 komponenseket egy-egy 24 és 25 összegző különbségképzővel hasonlítunk össze a i*_di és a i*_qi referenciaértékekkel, és így hozzuk létre a d és a q hibajeleket, amelyeket azután egy 26 ill. 27 arányos integráló kompenzáló tagon vezetünk keresztül. A 7. ábrán jól látható tehát, hogy a 24 és 25 különbségképző kimenő jele van a 27 arányos integráló kompenzáló tagra elvezetve. A v feszültségvektort a 28 feszültségmérő érzékeli, és ennek kimenő jele van egy 29 összegzőhöz elvezetve, amely 29 összegzőre van a 26 arányos integráló-kompenzáló tag is elvezetve, és a 29 összegző kimenetén lévő jelnek a szerepe - amely a d tengelyi szabályozást valósítja meg -.hogy az áramellátó vonal dinamikus változások következtében fellépő hatásokat kiküszöbölje. A d és q tengelybe eső jelek az 1 áramirányító számára szükséges e*_d1 és e*_qi feszültségvektorokat határozzák meg. A szabályozó azután az e_di jelet arra használja fel, hogy a i_d1 áramot befolyásolja vele, míg az e_q1 jellel az i_qi áramot befolyásolja.-27 meanwhile uses the angle φ created by the 22 phase loops. Under steady-state conditions, the value of vector ii is constant. Components i _d i and ai _q1 are compared to the reference values ai * _d i and ai * _q i by summing difference generators 24 and 25, respectively, to generate d and q error signals, which are then computed by 26 and 25, respectively. We lead through 27 proportional integrating compensation members. Thus, FIG. 7 clearly shows that the differential output signal 24 and 25 is applied to the proportional integrating compensating member 27. The voltage vector v is sensed by the voltage gauge 28 and has an output signal to an adder 29 which is also coupled to a proportional integrator-compensating member 26, and a signal at the output of the adder 29 to provide axial control. to eliminate the effects of the power line due to dynamic changes. The signals in the d and q axes determine the voltage _vectors e * _d1 and e * _q i required for the current controller 1. The control signal is then e _d i will use to interact with currents i _d1, while the signal e _q1 affect current i _q i.

A d és q tengely menti jelek között egy keresztcsatolás is létrejön, ily módon tehát minden olyan változás, amely az e_qi jelben bekövetkezik és maga az e_q1 is létrehoz vátlozásokat az i_qi áramban, illetve a i_d1 áramban illetőleg fordítva. A zárt hurkú analízis azt mutatta, hogy ezek a kereszthatások nem jelentősek, és nem rontanak a rendszer dinamikus viselkedésén. A d-q tengelyi keresztcsatolás adott esetben megszüntethető az oLi_q1 csak előre irányuló csatolással a d tengely menti hibavonalban, éspedig egy 30 különbségképző közbeiktatásával, amely a 7. ábrán szintén látható, amely 30 különbségképző egyik bemenetére van a 27 arányos integráló kompenzáló tag kimenete csatlakoztatva, másik bemenetére pedig coLi_q1 jel. Hasonló módon a q tengelyi hibavonalba ol_i_d1 jel van csatlakoztatva a 29 összegző áramkör egyik bemenetére. Ezt a 7.There is also a cross-link between the signals along the d and q axes, so that any change that occurs in the e _q i signal and e _q1 itself creates warps in the i _q i stream and in the ai _d1 stream or vice versa. Closed-loop analysis showed that these cross-effects are not significant and do not impair the dynamic behavior of the system. The axial cross-linking of dq can optionally be eliminated by the forward linking of the oLi _q1 only in the ad-axis error line, by inserting a differential 30, also shown in FIG. 7, connected to one of its differential 30 inputs and coLi _q1 signal. Similarly, a _d1 axis error signal is connected to a signal _{d1 at} one of the inputs of the summing circuit 29. This is shown in Figure 7.

-28ábrán szintén bejelöltük. L a 8 csatolótranszformátor szivárgási induktivitása, ω pedig a rendszer alapfrekvenciája.-28 also checked. L is the leakage inductance of the coupling transformer 8 and ω is the base frequency of the system.

A referenciaáram két i*_d1 és i*_q1 komponensét külön jelforrásról vezetjük. Az i*_qi referenciaértéket egyszerűen a Qi*-ból származtatjuk, ez az a meddőteljesítmény igény, amelyet a 20 külső szabályozó hoz létre a már korábbiakban említett (3) egyenlet szerint, és a 31 szorzó egységben - amely a 20 külső szabályozó Ch* meddőteljesítmény kimenetére van kötve- egy 2/3-os skalár szorzást végzünk, és az eredmény az ezután következő 32 osztó egységben a v vektor nagyságával osztjuk el. Másrészről a i*_di áramjelt, amely a valós teljesítménnyel arányos és az 1 áramirányítóban lép fel, két komponensből áll, amelyet a 33 összegzőben összegzünk. Az egyik komponens a 2 áramirányító valós teljesítménye, amely negatív jellel jelenik meg, és amelyet annak az egyenáramú kivezetésein mérünk. Ily módon tehát az i_dc2 egyenáram az i_dcegyenfeszültséggel van megszorozva a 34 szorzó egységben. A P* szorzat egy 35 szorzó egységben 2/3-dal kerül szorzásra, majd az ennek a kimenetére csatlakoztatott 36 osztóegységben a v feszültség értékével elosztjuk. Az eredő jel lehetővé teszi, hogy az 1 áramirányító valós teljesítményét igen gyorsan állítsuk át úgy, hogy az kövesse a 2 áramirányító valós teljesítményének véletlenszerű változását.The two components i * _d1 and i * _{q1 of} the reference current are _{derived from a} separate signal source. The reference value i * _q i is simply derived from Qi *, which is the waste power demand generated by the external controller 20 according to equation (3) above, and in the multiplier unit 31 which is the external controller Ch * is connected to the output of reactive power - a 2/3 scalar multiplication is performed and the result is divided by the size of the vector v in the following 32 divisions. On the other hand, the current signal i * _d i, which is proportional to the actual power and occurs in the current controller 1, consists of two components which are summed in sumer 33. One component is the actual power of the current controller 2, which is represented by a negative signal and is measured at its DC terminals. Thus, the direct current i _dc2 is multiplied by the direct voltage i _{dc in} the multiplier unit 34. The P * product is multiplied by a factor of 2/3 in a multiplier unit 35 and then divided by the voltage value v of the divider unit 36 connected to its output. The resulting signal enables the real power of the current controller 1 to be adjusted very rapidly so that it follows a random change in the real power of the current controller 2.

Az i*_d1 áram másik része a hibajel feldolgozóból jön a visszacsatoló szabályozó hurkon, amely a v_dc egyáramú feszültséget szabályozza ki a v*_dc referencia feszültséghez képest. A hibajel a mért v_dc egyenáramú jel és a v*_dc referencia jel között a 37 különbségképzőben történik. A 37 különbségképző kimenete egy 38 arányos integráló-kompenzáló tagra van csatlakoztatva. Ez a hurok a teljesítményveszteségeket, és más, a rendszer nem ideális viselkedéséből fakadó és a v_dc értékét befolyásoló változásokat szabályozza ki.The current i * _d1 comes processor Another part of the error signal in a feedback control loop which controls a current by using v _dc voltage relative to the v * _dc reference voltage. The error signal between the measured DC signal v _dc and the reference signal v * _dc occurs in the difference generator 37. The differential output 37 is connected to a proportional integrating-compensating member 38. This loop regulates power _losses and other changes due to the non-ideal behavior of the system that affect the value of av _dc .

Az e*_d1 és az e% értékek a 2 áramirányító által a forgó referencia koordinátarendszerbe bevitt feszültség valós és képletes komponenseit képezi. Az β!The values e * _d1 and e% are the real and formulaic components of the voltage applied by the current controller 2 to the rotating reference coordinate system. The β!

• ·• ·

-29vektor e*_d1 és a* polár koordinátákká kerül átalakításra a 39 koordináta transzformátorban. Az e*i nagysága a v_dc feszültséghez a 40 osztóegység segítségével van arányítva, amely 40 osztóegység egyik bemenete a 39 koordináta transzformátor kimenetére, másik bemenete pedig a v*. feszültségre van csatlakoztatva, ennek a kimenete pedig a τ* referenciaértéket hozza létre. A 22 fáziszárt hurok által létrehozott φ szöget az a* szöghöz adjuk hozzá a 41 összegzőben, és így hozzuk létre a φ*ι referenciaszög értéket. A 7. ábrán jól látható, hogy a τ* és a φ* képezik az 1 áramirányító számára a kapuzó jeleket a 42 szabályozóban, amely 42 szabályozó kimenete végzi lényegében az 1 áramirányítóban lévő tirisztorok gyújtását.-29 vectors are converted to e * _d1 and * polar coordinates in the 39 coordinate transformer. The magnitude of e * i is proportional to the voltage _{dc d by the} divider 40, one of the inputs of the divider 40 being the output of the coordinate transformer 39 and the other of the inputs v *. is connected to a voltage and its output produces a reference value τ *. The angle φ created by the phase-locked loop 22 is added to the angle a * in the summator 41, and so the reference angle φ * ι is created. As can be seen in Fig. 7, τ * and φ * form the gate signals for the current controller 1 in the controller 42, the output of which controller 42 essentially ignites the thyristors in the current controller 1.

A 8. ábrán a 7. ábrán bemutatott 18 szabályozó rendszer néhány egységének részletesebb rajza látható. Az elrendezés tartalmaz egy 43 vektoranalizátort, amely a forgó referencia koodinátarendszerből elvezetett v vektornak a v_ds valós és a v_qs imaginárius komponensét állítja elő, a bemenő jele a 43 vektoranalizátomak a v_ab és v_cb vonali feszültséget. A v_ds valós komponenst úgy hozzuk létre, hogy egy 44 szorzó egységben 2/3-os skaláris szorzást alkalmazunk a v_ab feszültségre, és a v_cb feszültséget pedig a 45 szorzó egységben egy 1/3 skalár tényezővel szorozzuk, majd a két 44 és 45 egység kimenő jelét egy 46 különbségképzőbe vezetjük, és ezen 46 különbségképző kimenő jele lesz a v_ds feszültség. A v^ imaginárius komponenst úgy hozzuk létre, hogy a v_cb feszültség értékét egy -1A/3 skalár értékkel megszorozzuk a 47 szorzó egységben. A v_ds és a v_qs feszültségek egy 28 fesszültségmérőbe vannak elvezetve, amely kiszámítja azt a v vektort, amely a 6 adatátviteli vonal feszültségének a nagysága a v_ds és v^ komponensekből számítva.Figure 8 is a more detailed view of some units of the control system 18 shown in Figure 7. The arrangement comprises a vektoranalizátort 43 that led to the reference rotary koodinátarendszerből v v _ds generates real and imaginary components of the vector v _qs, the input signal of the phase-phase voltage v vektoranalizátomak 43 _b and V _cb. The real component v _ds is created by applying a 2/3 scalar product to the voltage v _ab in a multiplication unit 44, and by multiplying the voltage v _cb by a 1/3 scalar factor in the multiplication unit 45, its output signal is applied to a difference generator 46, and the output signal of this difference generator 46 will be the voltage _{d ds} . The λ imaginary component is constructed by multiplying the value of the voltage v _cb by a value of -1A / 3 in the multiplier 47. The voltages v _ds and av _{qs are} applied to a voltage gauge 28 which calculates the vector v, which is the magnitude of the voltage of the data transmission line 6 from the components v _ds and v ^.

A v_ds és v^ feszültségek el vannak vezetve egy 22 fáziszárt hurokra, amely a φ fázisszöget hozza létre, amelynek segítségével az 1 és 2 áramirányítókban lévő 3 tirisztorok gyújtása a 6 átviteli vonal feszültéséghez szinkronizálható. A v^ valós komponenst a 48 szorzó egységben szorozzuk meg egy 49 • ·The voltages v _ds and v ^ are applied to a phase-closed loop 22 which creates a phase angle φ, by means of which the ignition of the thyristors 3 in the current controllers 1 and 2 can be synchronized to the voltage of the transmission line 6. The real component v ^ is multiplied in the multiplication unit 48 by a 49 · ·

-30egységből származó szinusz φ szög segítségével. A szorzatot azután egy 50 különbségképzőbe vezetjük, ugyanebbe a különbségképzőbe van vezetve a v_qsjelnek az 52 egységből származó cos ψ jellel történő szorzata, amelyet az 50 egységben hozunk létre. Az 50 egység kimenőjele egy 53 arányos integrálókompenzáló tagon van keresztülvezetve, ahol a k, az arányossági tényező és a kb az integrálási tényező, majd az eredőt egy 54 integráló tagban integrálva kapjuk a kimenő φ szöget.-30 units using the sine angle φ. The product is then fed to a difference generator 50, which is fed to the same difference _generator by the product of q q with cos ψ from unit 52, which is generated in unit 50. The output signal of the unit 50 is passed through a proportional integrating compensation member 53, where k, the proportionality factor and kb the integration factor, and then integrating the result in an integrating member 54, obtains the output angle φ.

Ez a φ szög van a 23 forgó koordinátatranszformátorba elvezetve, és ennek segítségével hozzuk létre az 1 áramirányító valós és imaginárius komponensét mért háromfázisú i_a1, i_b1 és i_c1 fázis áramokból. A 23 forgótengelyű koordinátatranszformátor bemenő jele tehát a három i_ai, i_bi, és i_ci fázisáram, amelyeket az 55-57 egységekben sin φ függvénnyel szorozzuk meg, az eredőt pedig negatívan összegezzük egy 58 egységben, és így hozzuk létre az i_qi imaginárius komponenst, míg az i_a1, ί_Μ és i_ci váltakozó áramokat 59-61 egységekben cos függvénnyel szorozzuk, majd ezeket egy ősszegzőegységbe elvezetve megkapjuk az i_di valós áramkomponens.This angle φ is led to the rotary coordinate transformer 23 and is used to construct the real and imaginary components of the current controller 1 from the measured three-phase currents i _a1 , i _b1 and i _c1 . The input signal of the rotary axis coordinate transformer 23 is thus the three phase currents i _ai , i _b i, and i _c i, multiplied in units 55-57 by sin φ, and the resultant is summed negatively in 58 units to create i _q The imaginary component i, while the alternating currents i _a1 , ί _Μ, and i _c i are multiplied by cos in 59-61 units, and then led to a primer unit to obtain the real current component i _d i.

A találmány szerinti szabályozásnál a teljesítményszabályozás egyetlen készülék segítségével van megvalósítva a korábbiakban ismert több készülék helyett. Az 1 áramirányító működtethető úgy is, hogy a 6 átviteli vonalon a meddőteljesítményt szabályozzuk, ugyanakkor a valós teljesítményt hozza létre a 2 áramirányító számára. A 2 áramirányító függetlenül vagy egyidejűleg használható a vonali impedancia, a feszültségek fázisszöge vagy a feszültségek nagyságának a szabályozására. Ily módon tehát a találmány szerinti szabályozó úgy használható, hogy mindazokat a hibákat is kiküszöböli, amelyek a 2 áramirányító által a vonali impedancia állításakor az áramhibákból következnek. Felhasználható a találmány szerinti szabályozó az egymással párhuzamos átviteli vonalaknál az áramok kiegyenlítésére úgy, hogy az átviteli vonal impedanciáját vagy a fázisszögét megfelelően beállítjuk. A találmány szerinti •·# ···In the control according to the invention, the power control is implemented by means of a single device instead of several devices previously known. The current controller 1 can also be operated by controlling the reactor power on the transmission line 6, while providing real power to the current controller 2. The current controller 2 can be used independently or simultaneously to control the line impedance, the phase angle of the voltages or the magnitude of the voltages. Thus, the controller according to the invention can be used in such a way that it also eliminates any errors caused by current faults in adjusting the line impedance by the current controller 2. The regulator of the present invention can be used to balance currents in parallel transmission lines by adjusting the impedance or phase angle of the transmission line appropriately. In accordance with the present invention, • · # ···

-31 szabályozó további előnye, hogy csak alapfrekvencián ébreszt a hálózatban feszültséget, ily módon nem indukál szubszinkron rezonanciákat. Másrészről pedig felhasználható arra is, hogy az oszcillációkat csillapítsuk vele, ha van egyáltalán ilyen kondenzátor az átviteli vonalon. Mindezek gazdaságosan valósíthatók meg, mivel az 1 és 2 áramirányítók azonos feszültségre, ily módon tehát a gyártásuk is rendkívül gazdaságos.A further advantage of the -31 regulator is that it energizes the network only at the fundamental frequency, thus it does not induce sub-synchronous resonances. On the other hand, it can also be used to dampen oscillations, if any, in the transmission line. All of these can be realized economically, since the current controllers 1 and 2 have the same voltage, thus making them extremely economical.

A találmányt példakénti kiviteli alakjával írtuk le, a területen jártas szakember azonban olyan kiviteli alakokat is megvalósíthat, amelyek a bemutatottól eltérő, de a találmány kitanításait tartalmazó megoldások.The invention has been described with reference to an exemplary embodiment, however, one of ordinary skill in the art may implement embodiments other than those illustrated, but which include the teachings of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS

A power regulator (5) for controlling electric power in AC systems comprising a transmission line (6) having a line voltage and a base frequency signal selected between its two ends, the power regulator (5) itself comprising a switching power converter as a current controller (1, 2), which generates a given AC and base frequency AC voltage, includes a coupling element, such as a transformer (7), for connecting the AC voltage generated by the current controller (2) in series with the transmission line (6); a control system (18) for controlling the alternating voltage generated by the switching power converter at a base frequency, characterized in that the control system (18) switches the voltage generated by the switching power converter adjusts the magnitude and phase of the applied voltage individually relative to the voltage of the transmission line (6), or the phase angle of the transmission line voltage between the two ends of the transmission line, or the transmission line voltage in any combination, thus controlling the power ).

Power regulator according to claim 1, characterized in that the switching power converter is one of the current controllers (2), for example an inverter, and the other current controller (2) is a direct current generator of the inverter.

Power regulator according to Claim 2, characterized in that the elements for generating the DC power required for the inverter are further connected to the inverter, as well as an element connecting the DC terminals of the further inverter to the outputs of the inverter and a coupling element such as a coupling transformer. (8), which connects the AC mains to the AC terminals of this further DC converter.

Power regulator according to claim 3, characterized in that the AC voltage source is the transmission line (6).

Power regulator according to claim 1, characterized in that the switching power converter comprises inverter inverters having an ac voltage output and elements for generating an input alternating signal for the inverter inverters.

The power regulator of claim 5, wherein the AC power of the inverter inverter is a coupling element that links the inverter inverter input to the transmission line.

Power regulator according to claim 1, characterized in that the regulating system (18) regulates the magnitude and phase angle of the alternating voltage generated by the switching power converter and adjusts the effective real and reactive serial impedance of the transmission line (6) accordingly.

Power regulator according to claim 1, characterized in that the regulating system (18) comprises an element which is a first element for sensing the magnitude and phase angle of the ac current and is connected in series with the transmission line (6) in order to: the selected transmission line impedance, the phase angle and the voltage on the transmission line (6) being adapted to the selected power transmitted on the transmission line, comprising a second element which controls the switching converter in response to the signals measured by the first element. creates voltage.

Power regulator according to claim 1, characterized in that the switching power converter comprises a first rectifier.

A -34 current controller (1) having its AC terminals connected in parallel to the transmission line, and having DC outputs, comprising a second DC converter, such as an inverter, whose AC terminals are connected in series with the power line (6); also having a DC coupler for the arrangement, which interconnects the DC terminals of the first converter and the DC terminals of the second converter, the control system (18) itself provides real and dead power between the transmission line (6) and the first current controller (1). regulates the second current controller (2) so that a predetermined amount of voltage is lowered to the second current controller (2) to transmit the real power with the selected power factor and the phase angle can be from 0 to 360 ° so that the transmission line has a predetermined impedance, and the selected angle and the selected transmission line voltage are used to control power on the transmission line.

Power regulator according to claim 9, characterized in that the regulating system (18) is a vectorial regulator which generates gating switching signals of the first and second current controllers (1; 2) and comprises a phase-closed loop (22). a voltage gauge (28) for generating a signal proportional to the magnitude of the voltage vector on the transmission line, comprising a rotary coordinate transformer (23), a first current _{q in} phase with the alternating current i of the first current controller (1); ) and generating a second current signal (i _a i), which is at an angle of 90 ° to the current of the first current controller (1), comprises a dc voltage regulator for generating a reference signal in phase with the alternating current for the first current controller (1), and a reference signal gen erector with this 90 °

-35 for generating a reference signal for the AC current, comprising an AC voltage vector magnitude reference generator for the second current controller (2) as an inverter, a reference voltage generator for the second current controller (2) proportional to the AC voltage angle, and a controller (42). comprising generating gating signals from the phase angle for the first current controller (1), the voltage magnitude, the first current signal, the second current signal, and the AC in-phase reference signal, further comprising an additional regulator (42a) for generating the gating signals for the second current controller (2), an angle proportional signal, a reference signal proportional to the magnitude of the AC vector and an angle proportional signal to the AC voltage vector.

11. A power regulator according to claim 10, characterized in that the DC regulator generates a feedback signal (1 _dc ) characteristic of the DC voltage between the first current controller (1) and the second current controller (2), the DC feedback signal being the second current controller (2). ) and the DC voltage reference signal is specific to the desired voltage level.

Power regulator according to claim 10, characterized in that the reference signal generators produce a signal proportional to at least one transmission line signal (6), which may be the current vector of the transmission line (6) and the alternating current vector at the first current controller (1).

13. A power regulator according to claim 10, characterized in that the DC coupling is an energy storage device with which real power can be stored.

Power regulator according to claim 13, characterized in that the energy storage device is a filter capacitor (6).

• ··· ··· • · * a ·· aa aa «

Power regulator according to claim 10, characterized in that the first and second current controllers (1, 2) are both voltage controlled current controllers.

Power regulator according to claim 10, characterized in that the first and second current controllers (1, 2) are both current controlled current controllers.