RU128031U1

RU128031U1 - HARMONIC CURRENT COMPENSATION AND REACTIVE POWER DEVICE

Info

Publication number: RU128031U1
Application number: RU2012133757/07U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Мещеряков; Максим Маратович Хабибуллин; Даниил Владимирович Безденежных; Ольга Викторовна Мещерякова
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2013-05-10

Abstract

Устройство компенсации гармонических токов и реактивной мощности, содержащее инвертор, силовой вход которого соединен с питающей сетью через входной фильтр и блок датчиков фазных токов активного фильтра, накопительный конденсатор, подключенный к силовому выходу инвертора, и блок датчиков фазного напряжения, силовой вход которого подключен к зажимам сети, а также формирователь управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса, выход которого подключен к входам драйверов управления силовыми ключами инвертора, отличающееся тем, что содержит блок датчиков фазных токов вентильного выпрямителя, силовой вход которого соединен с зажимами сети, блок формирования сигнала управления содержит датчик тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя, блок сравнения, блок формирования расчетных фазных токов нагрузки вентильного выпрямителя, который состоит из блока вычисления амплитудного значения фазных токов нагрузки вентильного выпрямителя, блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети и блока умножения, причем силовой вход датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя соединен с выходом вентильного выпрямителя, силовой вход вентильного выпрямителя соединен с силовым выходом блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя, силовой выход вентильного выпрямителя соединен через датчик тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя с нагрузкой, вход входного дросселя соединен с силовым выходом блока датчиков фазных токов активного фильтра, сигнальный выход датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя соедине�A harmonic current and reactive power compensation device comprising an inverter, the power input of which is connected to the supply network through an input filter and an active filter phase current sensor unit, a storage capacitor connected to the inverter power output, and a phase voltage sensor unit, the power input of which is connected to the terminals networks, as well as a driver pulse generator based on relay current regulators with a variable hysteresis width, the output of which is connected to the inputs of the power driver control drivers cham inverter, characterized in that it contains a block of phase current sensors of the rectifier rectifier, the power input of which is connected to the mains terminals, the control signal generating unit contains a current sensor of the DC link of the rectifier rectifier, a comparison unit, a unit for generating the calculated phase current load of the rectifier rectifier, which consists from the unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the load of the rectifier rectifier, the unit for calculating the instantaneous phase angles of the voltage of the network and the unit of multiplication, and the first input of the current sensor of the DC link of the rectifier rectifier is connected to the output of the rectifier, the power input of the rectifier is connected to the output of the sensor block of the phase currents of the rectifier rectifier, the power output of the rectifier is connected via a current sensor of the direct current of the rectifier rectifier to the load, the input of the input inductor is connected with the power output of the block of phase current sensors of the active filter, the signal output of the current sensor of the DC link of the rectifier rectifier

Description

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, а именно к устройствам подавления высших гармоник тока в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности сети и может быть использовано для снижения уровня гармонических составляющих тока в системах электроснабжения с большим количеством нелинейной нагрузки.The invention relates to the field of electrical engineering and the electric power industry, in particular to devices for suppressing higher harmonics of current in electric networks and correcting a power factor of a network and can be used to reduce the level of harmonic components of current in power supply systems with a large amount of non-linear load.

Известен активный фильтр высших гармонических составляющих токов с устройством коррекции коэффициента мощности (патент US №5977660, дата приоритета: 08.08.1997), содержащий инвертор, контроллер, накопительные конденсаторы и выходной пассивный сглаживающий фильтр. Контроллер выполняет процедуру прогноза тока в следующий промежуток времени с целью уменьшения создаваемой нагрузкой разницы фаз между током и напряжением сети. Управляющая процедура выполняет интегрирование разницы между реальными токами в линии и их требуемыми значениями в эквивалентные промежутки времени на различных циклах переменного тока основной частоты. Интегральные величины можно комбинировать с пропорционально регулируемыми разностными токами для снижения или полной компенсации гармонических токов. Процедура балансировки токов позволяет активному фильтру выравнивать токи в многофазных силовых линиях. Все эти процедуры можно использовать как по отдельности, так и вместе.Known active filter of higher harmonic components of the currents with a power factor correction device (US patent No. 5977660, priority date: 08/08/1997) containing an inverter, controller, storage capacitors and an output passive smoothing filter. The controller performs the current prediction procedure for the next period of time in order to reduce the phase difference created by the load between the current and the mains voltage. The control procedure integrates the difference between the real currents in the line and their required values at equivalent time intervals on various alternating current cycles of the fundamental frequency. Integral values can be combined with proportionally adjustable differential currents to reduce or completely compensate for harmonic currents. The current balancing procedure allows the active filter to equalize currents in multiphase power lines. All these procedures can be used both individually and together.

Недостатком данного устройства является невозможность инвертора работать с переменной частотой ШИМ, что снижает быстродействие устройства и качество компенсации гармонических токов.The disadvantage of this device is the inability of the inverter to operate with a variable PWM frequency, which reduces the speed of the device and the quality of the compensation of harmonic currents.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети (патент RU №2446536, дата приоритета: 30.11.2010), содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления. Контроллер системы управления снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора, причем вход датчика тока сети соединен с зажимами питающей сети, вход датчика тока фильтра соединен с зажимами линии, питающей выходной сглаживающий пассивный фильтр и инвертор, вход датчика напряжения соединен с зажимами питающей сети, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора, вход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с зажимами накопительного конденсатора, выход датчика тока сети соединен с входом формирователя импульсов, выход датчика тока фильтра соединен с входом формирователя импульсов, выход датчика тока сети соединен с входом регулятора напряжения накопительного конденсатора, выход датчика напряжения соединен с входом фазового преобразователя напряжения, выход фазового преобразователя напряжения соединен с входом блока фазовой синхронизации, выход блока фазовой синхронизации соединен с входом фазового преобразователя тока, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входом фазового преобразователя тока, выход фазового преобразователя тока и выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединены с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора.The closest to the claimed device in technical essence and the achieved effect is a device for compensating higher harmonics and correcting the power factor of the network (patent RU No. 2446536, priority date: 30.11.2010), containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a controller of the control system. The control system controller is equipped with a filter current sensor, a network current sensor, a voltage sensor, a pulse shaper based on relay controllers with a variable hysteresis width, phase current and voltage converters, a phase synchronization unit, a storage capacitor voltage regulator, and the input of the network current sensor is connected to the supply terminals network, the input of the filter current sensor is connected to the terminals of the line supplying the output smoothing passive filter and inverter, the input of the voltage sensor is connected to by the supply network, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the inputs of the inverter power switch control drivers, the input of the storage capacitor voltage regulator is connected to the terminals of the storage capacitor, the output of the network current sensor is connected to the input of the pulse shaper, the output of the filter current sensor is connected to the input of the pulse shaper, the output the network current sensor is connected to the input of the storage capacitor voltage regulator, the output of the voltage sensor is connected to the input of the phase pre voltage generator, the output of the phase-voltage converter is connected to the input of the phase synchronization unit, the output of the phase-synchronization unit is connected to the input of the phase current converter, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the input of the phase current converter, the output of the phase current converter and the output of the storage capacitor voltage regulator are connected to the input a pulse shaper whose output is connected to the inputs of the inverter power switch drivers.

В данном устройстве, контроллер системы управления осуществляет регулирование напряжения накопительного конденсатора и генерацию импульсов управления силовыми ключами инвертора с помощью релейных регуляторов. Релейные регуляторы формируют управляющие импульсы для силовых ключей инвертора на основе сигналов ошибки, которые являются разницей между заданными токами и фактическими генерируемыми инвертором с учетом сигнала задания по току от регулятора напряжения накопительного конденсатора и измерительного сигнала тока нелинейной нагрузки.In this device, the controller of the control system controls the voltage of the storage capacitor and the generation of impulses to control the power keys of the inverter using relay controllers. Relay controllers generate control pulses for the inverter power switches on the basis of error signals, which are the difference between the set currents and the actual generated by the inverter, taking into account the current reference signal from the storage capacitor voltage regulator and the non-linear load current measuring signal.

Недостатком данного устройства является сложная система управления активным фильтром, содержащая в себе фазовый преобразователь напряжения, фазовый преобразователь тока и блок фазовой синхронизации, что снижает надежность работы устройства и удорожает его.The disadvantage of this device is the complex active filter control system, which contains a phase voltage converter, a phase current converter and a phase synchronization unit, which reduces the reliability of the device and increases its cost.

Задача изобретения - снижение уровня гармонических составляющих тока и повышение коэффициента мощности в системах электроснабжения за счет совершенствования конструкции активного фильтра электроэнергии.The objective of the invention is to reduce the level of harmonic components of the current and increase the power factor in power supply systems by improving the design of an active power filter.

Технический результат изобретения заключается в снижении коэффициентов искажения синусоидальной формы кривых тока, обусловленных гармониками и фазовым сдвигом тока сети из-за наличия нелинейной нагрузки, режим работы которой связан с динамическим изменением потребляемого несинусоидального тока, и повышении коэффициента мощности сети.The technical result of the invention is to reduce the distortion coefficients of the sinusoidal shape of the current curves due to harmonics and a phase shift of the network current due to the presence of a non-linear load, the mode of operation of which is associated with a dynamic change in the consumed non-sinusoidal current, and an increase in the power factor of the network.

Предлагаемое устройство может быть востребовано в сетях предприятий, где широкое распространение получила нелинейная нагрузка в виде различного типа преобразователей частоты и вентильных выпрямителей систем регулируемого электропривода технологических установок и комплексов.The proposed device can be in demand in enterprise networks, where non-linear load in the form of various types of frequency converters and valve rectifiers of variable speed drive systems of technological installations and complexes has become widespread.

Технический результат предлагаемой полезной модели достигается тем, что в устройстве компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, содержащем инвертор, накопительный конденсатор, входной дроссель и блок формирования сигнала управления, блок формирования сигнала управления состоит из блока датчиков фазных токов активного фильтра, блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя, блока датчиков фазного напряжения сети, датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя, блока сравнения, формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса, блока формирования расчетных фазных токов вентильного выпрямителя, который состоит из блока вычисления амплитудного значения фазных токов вентильного выпрямителя, блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети и блока умножения, причем силовой вход блока датчиков фазных токов активного фильтра и силовой вход блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя соединены с зажимами сети, питающей входной дроссель и инвертор, силовой вход блока датчиков фазного напряжения сети соединен с зажимами питающей сети, силовой вход датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя соединен с выходом вентильного выпрямителя, силовой вход вентильного выпрямителя соединен с силовым выходом блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя, силовой выход вентильного выпрямителя соединен через датчик тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя с нагрузкой, вход входного дросселя соединен с силовым выходом блока датчиков фазных токов активного фильтра, силовой вход инвертора соединен с выходом входного дросселя, силовой выход инвертора соединен с накопительным конденсатором, сигнальный выход датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя соединен с входом блока вычисления амплитудного значения фазных токов вентильного выпрямителя, сигнальный выход блока датчиков фазного напряжения сети соединен с входом блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети, выход блока вычисления амплитудного значения фазных токов вентильного выпрямителя соединен со вторым входом блока умножения, выход блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети соединен с первым входом блока умножения, выход блока умножения соединен с первым входом блока сравнения, сигнальный выход блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя соединен со вторым входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входом блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса, сигнальный выход блока датчиков фазных токов активного фильтра соединен со вторым входом блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса, выход блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора.The technical result of the proposed utility model is achieved by the fact that in the device for compensating higher harmonics and correcting the power factor of the network containing an inverter, a storage capacitor, an input choke and a control signal generating unit, the control signal generating unit consists of a block of phase current sensors of the active filter and a block of phase sensors currents of a rectifier rectifier, a block of phase voltage sensors, a current sensor of a direct current link of a rectifier rectifier, a comparison unit, I control pulses based on relay current regulators with a variable hysteresis width, a unit for generating the calculated phase currents of a rectifier rectifier, which consists of a unit for calculating the amplitude values of the phase currents of a rectifier rectifier, a unit for calculating the instantaneous phase angles of the voltage of the network and a multiplication unit, the power input of the block of phase sensors active filter currents and the power input of the block of phase current sensors of the rectifier rectifier connected to the terminals of the network supplying the input choke and inverter, power the input of the block of phase voltage sensors of the network is connected to the terminals of the supply network, the power input of the current sensor of the DC link of the rectifier rectifier is connected to the output of the rectifier rectifier, the power input of the valve rectifier is connected to the output of the block of phase sensors of the rectifier current of the rectifier circuit, the power output of the rectifier rectifier is connected via a current sensor DC link of the rectifier rectifier with a load, the input choke input is connected to the power output of the block of phase current sensors of the active filter, the inverter input is connected to the input choke output, the inverter power output is connected to the storage capacitor, the signal output of the DC rectifier current sensor of the valve rectifier is connected to the input of the unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the valve rectifier, the signal output of the phase voltage sensor block of the network is connected to the input of the calculation unit instantaneous phase angles of the mains voltage, the output of the unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the rectifier rectifier is connected to the second input a multiplication unit, the output of the instantaneous phase angle angle calculation unit of the network voltage is connected to the first input of the multiplication unit, the output of the multiplication unit is connected to the first input of the comparison unit, the signal output of the phase current sensor block of the rectifier rectifier is connected to the second input of the comparison unit, the output of the comparison unit is connected to the first input control pulse generator unit based on relay current regulators with variable hysteresis width, the signal output of the active filter phase current sensor block is connected to the second swing block generator control pulses on the basis of the relay current regulators with variable hysteresis width, the output current driver control pulses based on the relay unit controls the variable width of the hysteresis is connected to the inverter input power key management driver.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами. На фиг.1 показана структура устройства компенсации гармонических токов и реактивной мощности, на фиг.2 - график мгновенного значения тока одной из фаз, потребляемого из сети вентильным выпрямителем, на фиг.3 - график мгновенного значения тока одной из фаз параллельного активного фильтра электроэнергии, на фиг.4 - график мгновенного значения тока одной из фаз, потребляемого из сети системой вентильный выпрямитель - параллельный активный фильтр электроэнергии.The proposed device is illustrated by drawings. Figure 1 shows the structure of the device for compensating harmonic currents and reactive power, figure 2 is a graph of the instantaneous current value of one of the phases consumed from the network by a rectifier rectifier, figure 3 is a graph of the instantaneous current value of one of the phases of a parallel active power filter, figure 4 is a graph of the instantaneous current value of one of the phases consumed from the network by the valve rectifier system - a parallel active filter of electricity.

Устройство компенсации гармонических токов и реактивной мощности, структурная схема которого представлена на фиг.1 содержит инвертор - 1; накопительный конденсатор - 2; входной дроссель - 3; вентильный выпрямитель - 4; нагрузку - 5; блок формирования сигнала управления силовыми ключами инвертора - 6 в состав, которого входит блок датчиков фазных токов вентильного выпрямителя - 7, блок датчиков фазного напряжения сети - 8, датчик тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя - 9, блок датчиков фазных токов активного фильтра - 10; блок формирования расчетных фазных токов нагрузки вентильного выпрямителя - 11; блок расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети - 12; блок вычисления амплитудного значения фазных токов нагрузки вентильного выпрямителя - 13; блок умножения - 14; блок сравнения - 15; формирователь управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса - 16. Силовой вход блока датчиков фазных токов активного фильтра 10 и силовой вход блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя 7 соединены с зажимами сети, питающей входной дроссель 3 и инвертор 1, силовой вход блока датчиков фазного напряжения сети 8 соединен с зажимами питающей сети, силовой вход датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя 9 соединен с выходом вентильного выпрямителя 4, силовой вход вентильного выпрямителя 4 соединен с силовым выходом блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя 7, силовой выход вентильного выпрямителя 4 соединен через датчик тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя 9 с нагрузкой 5, вход входного дросселя 3 соединен с силовым выходом блока датчиков фазных токов активного фильтра 10, силовой вход инвертора 1 соединен с выходом входного дросселя 3, силовой выход инвертора 1 соединен с накопительным конденсатором 2, сигнальный выход датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя 9 соединен с входом блока вычисления амплитудного значения фазных токов вентильного выпрямителя 13, сигнальный выход блока датчиков фазного напряжения сети 8 соединен с входом блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети 12, выход блока вычисления амплитудного значения фазных токов вентильного выпрямителя 13 соединен со вторым входом блока умножения 14, выход блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети 12 соединен с первым входом блока умножения 14, выход блока умножения 14 соединен с первым входом блока сравнения 15, сигнальный выход блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя 7 соединен со вторым входом блока сравнения 15, выход блока сравнения 15 соединен с первым входом блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса 16, сигнальный выход блока датчиков фазных токов активного фильтра 10 соединен со вторым входом блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса 16, выход блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса 16 соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора 1.A device for compensating harmonic currents and reactive power, the structural diagram of which is presented in figure 1 contains an inverter - 1; storage capacitor - 2; input choke - 3; valve rectifier - 4; load - 5; an inverter power switch control signal generating unit - 6, which includes a block of phase current sensors of a rectifier rectifier - 7, a block of phase voltage sensors of a network - 8, a current sensor of a DC link of a rectifier rectifier - 9, a block of phase current sensors of an active filter - 10; a unit for generating the calculated phase currents of the load of the rectifier rectifier - 11; unit for calculating the instantaneous phase angles of the network voltage - 12; a unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the load of the rectifier rectifier - 13; multiplication block - 14; comparison block - 15; shaper of control pulses based on relay current controllers with a variable hysteresis width - 16. The power input of the phase current sensor block of the active filter 10 and the power input of the phase current sensor block of the rectifier rectifier 7 are connected to the terminals of the network supplying the input choke 3 and inverter 1, the power input of the block the phase voltage sensors of the network 8 is connected to the terminals of the supply network, the power input of the current sensor of the DC link of the rectifier rectifier 9 is connected to the output of the rectifier rectifier 4, the power input of the valve rectifier 4 is connected to the power output of the block of phase current sensors of the valve rectifier 7, the power output of the valve rectifier 4 is connected via a current sensor of the DC link of the valve rectifier 9 with a load of 5, the input of the input choke 3 is connected to the power output of the block of sensors of the phase currents of the active filter 10, power the input of the inverter 1 is connected to the output of the input choke 3, the power output of the inverter 1 is connected to the storage capacitor 2, the signal output of the current sensor DC link of the rectifier rectifier 9 is connected connected to the input of the unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the rectifier rectifier 13, the signal output of the block of sensors for the phase voltage of the network 8 is connected to the input of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the voltage of the network 12, the output of the unit for calculating the amplitude of the phase currents of the rectifier 13 is connected to the second input of the multiplication unit 14 , the output of the unit for calculating the instantaneous phase angles of voltage of the network 12 is connected to the first input of the multiplication unit 14, the output of the multiplication unit 14 is connected to the first input of the comparison unit 15, signal the output of the phase current sensor block of the rectifier rectifier 7 is connected to the second input of the comparison block 15, the output of the comparison block 15 is connected to the first input of the control pulse shaper block based on relay current controllers with a variable hysteresis width 16, the signal output of the phase current sensor block of the active filter 10 is connected to the second input of the control pulse shaper block based on relay current regulators with a variable hysteresis width 16, the output of the control pulse shaper block is based on a relay x current regulators with a variable width of the hysteresis 16 is connected to the inputs of the drivers for controlling the power keys of the inverter 1.

Устройство компенсации гармонических токов и реактивной мощности работает следующим образом. Измерительный сигнал фазного напряжения сети с сигнального выхода блока датчиков фазного напряжения сети 8 поступает на вход блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети 12, который вычисляет синусы мгновенных фазовых углов напряжения сети в соответствии со следующими выражениями:A device for compensating harmonic currents and reactive power operates as follows. The measuring signal of the phase voltage of the network from the signal output of the block of sensors for the phase voltage of the network 8 is fed to the input of the block for calculating the instantaneous phase angles of the voltage of the network 12, which calculates the sines of the instantaneous phase angles of the voltage of the network in accordance with the following expressions:

где f₁ - частота напряжения сети; t - текущее время; u_1A, u_1B, u_1C - фазные напряжения сети.where f ₁ is the frequency of the mains voltage; t is the current time; u _1A , u _1B , u _1C - phase voltage of the network.

Измерительный сигнал тока с сигнального выхода датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя 9 поступает на вход блока вычисления амплитудного значения фазных токов вентильного выпрямителя 13. Блок вычисления амплитудного значения фазных токов вентильного выпрямителя 13 выполняет расчет амплитудного значения фазных токов вентильного выпрямителя и формирует на своем выходе сигнал амплитудного значения фазных токов в соответствии со следующим выражением:The measuring current signal from the signal output of the current sensor of the DC link of the rectifier 9 is fed to the input of the unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the rectifier rectifier 13. The unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the rectifier rectifier 13 calculates the amplitude value of the phase currents of the rectifier rectifier and generates a signal at its output the amplitude value of the phase currents in accordance with the following expression:

где k_cx - коэффициент выпрямления по току трехфазной мостовой схемы; I_d - ток звена постоянного тока.where k _cx is the current rectification coefficient of the three-phase bridge circuit; I _d is the current of the DC link.

Полученные сигналы с выходов блоков 12 и 13 поступают соответственно на первый и второй входы блока умножения 14. Блок умножения 14 производит перемножение сигналов с выходов блоков 12 и 13 и на его выходе формируется значение расчетного тока вентильного выпрямителя, в соответствии со следующими выражениями:The received signals from the outputs of blocks 12 and 13 are respectively supplied to the first and second inputs of the multiplication unit 14. The multiplication unit 14 multiplies the signals from the outputs of the blocks 12 and 13 and the calculated value of the rectifier rectifier current is generated in accordance with the following expressions:

Полученный расчетный ток вентильного выпрямителя является идеальным желаемым синусоидальным током, потребляемым вентильным выпрямителем из сети.The resulting rated current of the rectifier rectifier is the ideal desired sinusoidal current consumed by the rectifier rectifier from the network.

Значение расчетного фазного тока вентильного выпрямителя с выхода блока умножения 14 поступает на первый вход блока сравнения 15. На второй вход блока сравнения 15 поступает измерительный сигнал реального тока вентильного выпрямителя с сигнального выхода блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя 7. В результате работы блока сравнения 15 происходит сравнение расчетных фазных токов вентильного выпрямителя и реальных фазных токов вентильного выпрямителя и на выходе блока 15 формируется значение разницы между расчетным и реальным фазными токами вентильного выпрямителя в соответствии со следующими выражениями:The value of the calculated phase current of the rectifier rectifier from the output of the multiplication unit 14 is fed to the first input of the comparison unit 15. The second input of the comparison block 15 receives a measuring signal of the real current of the rectifier rectifier from the signal output of the phase current sensor block of the rectifier rectifier 7. As a result, the comparator 15 a comparison of the calculated phase currents of the rectifier rectifier and the real phase currents of the rectifier rectifier and the difference between the calculated and real aznymi valve rectifier currents in accordance with the following expressions:

где i_Ан; i_Вн; i_Сн - реальные фазные токи вентильного выпрямителя.where i _An ; i _Ext ; i _Sn - real phase currents of the rectifier rectifier.

Значения разницы токов с выхода блока сравнения 15 поступают на первый вход блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса 16. На второй вход блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса 16, поступают измерительные сигналы токов активного фильтра с сигнального выхода блока датчиков фазных токов активного фильтра 10. С выхода блока формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса 16 сигналы управления поступают на вход драйверов управления силовыми ключами инвертора. Релейные регуляторы формируют управляющие импульсы для силовых ключей инвертора 1 на основе сигналов ошибки. Сигналы ошибки представляют собой разницу между током активного фильтра, поступающим с сигнального выхода блока датчиков тока активного фильтра 10 и сигналом с выхода блока сравнения 15 являющегося разницей между расчетным током, полученным в соответствии с выражениями (1…4) и реальным током вентильного выпрямителя поступающего с сигнального выхода блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя 7. Когда сигнал ошибки достигает верхнего предела (iз+Δi), первый транзистор k1 рассматриваемой ветви (см. фиг.1) инвертора 1 отключается, а второй транзистор k2 той же ветви включается, таким образом, происходит форсированное снижение тока. Когда сигнал ошибки достигает нижнего предела (iз-Δi) транзистор k1 рассматриваемой ветви инвертора 1 включается, а транзистор k2 той же ветви отключается, таким образом, происходит форсированное увеличение тока. Гистерезисные пределы сигнала ошибки (iз+Δi) и (iз-Δi) релейных регуляторов непосредственно определяют число пульсаций управляющих сигналов для ключей инвертора 1 при изменении заданного тока в зависимости от режима работы вентильного выпрямителя 4. Режим работы инвертора 1 с переменной частотой ШИМ реализуется путем изменения ширины гистерезиса Δi релейных регуляторов формирователя импульсов 16 в зависимости от характера изменения сигналов ошибки, поступающих на вход релейного регулятора тока с изменяемой шириной гистерезиса 16. С увеличением частоты гистерезиса релейных регуляторов растет точность отработки задания по компенсационному току инвертора 1.The values of the difference in currents from the output of the comparison unit 15 are fed to the first input of the control pulse generator unit based on relay current regulators with a variable hysteresis width 16. The second input of the control pulse generator unit based on relay current controllers with a variable hysteresis width 16 receives measuring signals of active currents filter from the signal output of the block of phase current sensors of the active filter 10. From the output of the block of the driver of control pulses based on relay current regulators with with the adjustable hysteresis width 16, the control signals are input to the inverter power driver control drivers. Relay controllers generate control pulses for the power switches of the inverter 1 on the basis of error signals. Error signals represent the difference between the current of the active filter coming from the signal output of the current sensor block of the active filter 10 and the signal from the output of the comparison unit 15, which is the difference between the rated current obtained in accordance with expressions (1 ... 4) and the real current of the rectifier rectifier coming from the signal output of the block of phase current sensors of the rectifier rectifier 7. When the error signal reaches the upper limit (iz + Δi), the first transistor k1 of the considered branch (see Fig. 1) of the inverter 1 is turned off, and the second k2 th transistor of the same branch is activated thus forced current reduction occurs. When the error signal reaches the lower limit (IS-Δi), the transistor k1 of the considered branch of the inverter 1 is turned on, and the transistor k2 of the same branch is turned off, thus, a forced increase in current occurs. The hysteresis limits of the error signal (iz + Δi) and (iz-Δi) of the relay controllers directly determine the number of pulsations of the control signals for the inverter 1 keys when the set current changes depending on the operation mode of the rectifier rectifier 4. The operation mode of inverter 1 with a variable PWM frequency is implemented by changes in the hysteresis width Δi of the relay controllers of the pulse shaper 16 depending on the nature of the change in the error signals received at the input of the relay current controller with a variable hysteresis width 16. With an increase By lowering the hysteresis frequency of the relay controllers, the accuracy of working out the task for the compensation current of the inverter 1 increases.

Для отслеживания непрерывного изменения спектра генерируемого компенсационного тока необходимо обеспечить режим работы инвертора 1 с переменной частотой ШИМ. Изменение ширины и частоты гистерезиса релейных регуляторов позволяет задать пределы, внутри которых формируются импульсы управления, соответствующие режиму работы инвертора 1 с переменной частотой ШИМ и, как следствие, переменным частотным спектром генерируемого компенсационного тока. Заданные пределы регулирования гистерезиса релейных регуляторов должны соответствовать частотному диапазону изменения спектра подавляемых высших гармоник и настраиваются при установке устройства для компенсации нелинейной нагрузки 1 с известным генерируемым гармоническим спектром. Помимо этого, соответствующая настройка и регулирование ширины и частоты гистерезиса релейных регуляторов формирователя импульсов 16 позволяет обеспечить требуемую точность отработки задания по компенсационному току при сохранении уровня быстродействия, достаточного для отслеживания динамических изменений режима работы большинства типов нелинейной нагрузки, и режим работы инвертора 1 с переменной частотой ШИМ. Таким образом, предлагаемое устройство на основе совокупного использования инвертора 1, накопительного конденсатора 2, входного дросселя 3, блока формирования сигнала управления силовыми ключами инвертора 6, состоящего из блока датчиков фазных токов вентильного выпрямителя 7, блока датчиков фазного напряжения сети 8, датчика тока звена постоянного тока вентильного выпрямителя,9, блока датчиков фазных токов активного фильтра 10, блока формирования расчетных фазных токов нагрузки вентильного выпрямителя 11, состоящего из блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети 12, блока вычисления амплитудного значения фазных токов нагрузки вентильного выпрямителя 13 и блока умножения 14, блока сравнения 15, формирователя управляющих импульсов на основе релейных регуляторов тока с изменяемой шириной гистерезиса 16 и режима работы инвертора 1 с переменной частотой ШИМ позволяет повысить уровень качества электрической энергии, привести его в соответствие с нормами ГОСТ 13109-97 по искажению синусоидальности формы кривых тока и напряжения, повысить коэффициент мощности сети с более высоким быстродействием по сравнению с рассмотренными аналогами и прототипом.To monitor the continuous change in the spectrum of the generated compensation current, it is necessary to ensure the operation mode of inverter 1 with a variable PWM frequency. Changing the width and frequency of the hysteresis of the relay controllers allows you to set the limits within which control pulses are formed corresponding to the operating mode of the inverter 1 with a variable PWM frequency and, as a consequence, a variable frequency spectrum of the generated compensation current. The specified limits for the regulation of the hysteresis of the relay controllers must correspond to the frequency range of the spectrum of suppressed higher harmonics and are adjusted when the device is installed to compensate for the nonlinear load 1 with the known generated harmonic spectrum. In addition, the appropriate setting and regulation of the width and frequency of the hysteresis of the relay controllers of the pulse shaper 16 allows you to provide the required accuracy of the task for the compensation current while maintaining a speed level sufficient to track dynamic changes in the operating mode of most types of non-linear load, and the operating mode of the inverter 1 with a variable frequency PWM Thus, the proposed device based on the combined use of the inverter 1, the storage capacitor 2, the input choke 3, the power control signal generating unit of the inverter 6, consisting of a block of phase current sensors of the rectifier rectifier 7, a block of phase voltage sensors of the network 8, a current sensor of the constant link the current of the rectifier rectifier, 9, the block of phase current sensors of the active filter 10, the unit for generating the calculated phase load currents of the rectifier rectifier 11, consisting of a block for calculating instant The relative phase angles of the voltage of the network 12, the unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the load of the rectifier rectifier 13, and the multiplication unit 14, the comparison unit 15, the control pulse generator based on relay current regulators with a variable hysteresis width 16 and an inverter 1 operating mode with a variable PWM frequency can be increased the quality level of electric energy, bring it in accordance with the standards of GOST 13109-97 on distortion of the sinusoidal shape of the current and voltage curves, increase the power factor of the network with more Exposure to extreme speed than those described analogues and the prototype.

Аппаратная реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.The hardware implementation of the proposed device can be carried out using existing power electrical, electronic and microprocessor devices with proper selection and configuration of the relevant parameters.

По сравнению с известным решением предлагаемое устройство позволяет повысить качество компенсации гармонических составляющих тока и реактивной мощности за счет системы управления активным фильтром основанной на балансе мощностей между звеном постоянного и переменного тока вентильного выпрямителя. Кроме того предлагаемое устройство имеет более простую и надежную конструкцию, что позволяет получить экономический эффект в виде снижения себестоимости активного фильтра.Compared with the known solution, the proposed device can improve the quality of the compensation of the harmonic components of the current and reactive power due to the active filter control system based on the balance of power between the DC and AC link of the rectifier rectifier. In addition, the proposed device has a simpler and more reliable design, which allows to obtain an economic effect in the form of reducing the cost of an active filter.

Claims

A harmonic current and reactive power compensation device comprising an inverter, the power input of which is connected to the supply network through an input filter and an active filter phase current sensor unit, a storage capacitor connected to the inverter power output, and a phase voltage sensor unit, the power input of which is connected to the terminals networks, as well as a driver pulse generator based on relay current regulators with a variable hysteresis width, the output of which is connected to the inputs of the power driver control drivers cham inverter, characterized in that it contains a block of phase current sensors of the rectifier rectifier, the power input of which is connected to the mains terminals, the control signal generating unit contains a current sensor of the DC link of the rectifier rectifier, a comparison unit, a unit for generating the calculated phase current load of the rectifier rectifier, which consists from the unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the load of the rectifier rectifier, the unit for calculating the instantaneous phase angles of the voltage of the network and the unit of multiplication, and the first input of the current sensor of the DC link of the rectifier rectifier is connected to the output of the rectifier, the power input of the rectifier is connected to the output of the sensor block of the phase currents of the rectifier rectifier, the power output of the rectifier is connected via a current sensor of the direct current of the rectifier rectifier to the load, the input of the input inductor is connected with the power output of the block of phase current sensors of the active filter, the signal output of the current sensor of the DC link of the rectifier rectifier with the input of the unit for calculating the amplitude value of the phase currents of the load of the rectifier rectifier, the signal output of the block of sensors for the phase voltage of the network is connected to the input of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the voltage of the network, the unit for calculating the amplitude of the values of phase currents of the load of the rectifier, is connected to the second input of the multiplication unit, the output of the unit of calculation the instantaneous phase angles of the network voltage are connected to the first input of the multiplication unit, the output of the multiplication unit is connected to the first input of the comparison unit, the signal output d the rectifier phase current sensor block of the rectifier rectifier is connected to the second input of the comparison block, the comparison block output is connected to the first input of the control pulse shaper block based on relay current regulators with a variable hysteresis width, the signal output of the phase filter current sensor block of the active filter is connected to the second input of the control shaper block pulses based on relay current regulators with a variable hysteresis width.