RU175607U1

RU175607U1 - Трехфазный активный силовой фильтр

Info

Publication number: RU175607U1
Application number: RU2017108954U
Authority: RU
Inventors: Вадим Геннадьевич Токарев; Сергей Викторович Брованов; Вячеслав Александрович Колесников; Денис Геннадьевич Метальников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Системы Постоянного Тока"
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2017-12-12

Abstract

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована в трехфазных сетях, в устройствах компенсации высших гармонических составляющих токов и реактивной мощности.Предложенное устройство позволяет снизить суммарный коэффициент гармонических составляющих формируемого тока в сети.Это достигается тем, что в известном трехфазном активном силовом фильтре, который содержит трехфазный мостовой инвертор напряжения на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, соединенный выходами с сетью последовательно через датчик тока фильтра и фазные реакторы, емкостной накопитель на стороне постоянного тока, полумостовой инвертор на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, параллельно соединенный с трехфазным мостовым инвертором на стороне постоянного тока и выходом подключенный к нулевой линии, датчик тока нагрузки, соединенный входами с сетью, а выходами - с нелинейной нагрузкой, систему управления, реализованную на микропроцессоре, входы которой подключены к выходу датчика тока нагрузки и выходу датчика тока фильтра, а выходы - к управляющим выводам полупроводниковых ключевых элементов, дополнительно введен блок оперативной памяти, вход и выход которого подключены к системе управления.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована в трехфазных сетях, в устройствах компенсации высших гармонических составляющих токов и реактивной мощности.

Известен трехфазный активный силовой фильтр (см. патент РФ 2121222 Н 04 В 3/53, 1998 г.), содержащий LC-фильтры, систему преобразования входной информации, включающую адаптер, входы которого соединены с фазами питающей сети, а выходы с аналоговыми входами однокристальной ЭВМ, работающей по программе, записанной в блоке памяти, подключенном к однокристальной ЭВМ, которая через буферные каскады соединена с входами устройств управления памятью блока многозвенной импульсной модуляции, к устройствам управления памятью подключены блоки памяти, выходы устройств управления памятью через буферные каскады соединены с импульсными усилителями мощности.

Недостатком данного трехфазного активного силового фильтра является невысокое быстродействие, значительный суммарный коэффициент гармонических составляющих формируемого тока в сети и невозможность компенсации реактивной мощности.

Известен трехфазный активный силовой фильтр (см. патент RU 131916 U1, H02J 3/16 (2006.01) H02J 3/18 (2006.01) H02J 3/26 (2006.01) 2013 г.), состоящий из трехфазного мостового инвертора напряжения на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, соединенного выходами с сетью последовательно через датчик тока фильтра и фазные реакторы, емкостного накопителя на стороне постоянного тока, полумостового инвертора на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, параллельно соединенного с трехфазным мостовым инвертором на стороне постоянного тока и выходом подключенного к нулевой линии сети, датчика тока нагрузки, соединенного входами с сетью, а выходами с нелинейной нагрузкой, и системы управления, реализованной на микропроцессоре, входы которой подключены к выходу датчика тока нагрузки и выходу датчика тока фильтра, а выходы - к управляющим выводам полупроводниковых ключевых элементов.

Однако, при использовании указанного фильтра значение суммарного коэффициента гармонических составляющих формируемого в сети тока остается значительным, и, как следствие, качество формируемого в сети тока низкое.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение суммарного коэффициента гармонических составляющих формируемого тока в сети.

Технический результат достигается тем, что в известный трехфазный активный силовой фильтр, который содержит трехфазный мостовой инвертор напряжения на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, соединенный выходами с сетью последовательно через датчик тока фильтра и фазные реакторы, емкостной накопитель на стороне постоянного тока, полумостовой инвертор на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, параллельно соединенный с трехфазным мостовым инвертором на стороне постоянного тока и выходом подключенный к нулевой линии сети, датчик тока нагрузки, соединенный входами с сетью, а выходами - с нелинейной нагрузкой, и систему управления, реализованную на микропроцессоре, входы которой подключены к выходу датчика тока нагрузки и выходу датчика тока фильтра, а выходы - к управляющим выводам полупроводниковых ключевых элементов, дополнительно введен блок оперативной памяти, вход и выход которого подключены к системе управления.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и фиг. 3 – диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит трехфазную питающую сеть синусоидальных напряжений A, B, C с нейтральным проводом N. Напряжения A, B, C питающей сети поступают на входы датчика тока нагрузки 1. Первый выход датчика тока нагрузки 1 подключен ко второму входу системы управления 2 активным фильтром, а второй, третий и четвертый выходы датчика тока нагрузки - к нелинейной нагрузке 3. Общий вывод нелинейной нагрузки подключен к нейтральному проводу N. Также напряжения А, В, С поступают на входы датчика тока 4 фильтра. Первый выход датчика тока 4 фильтра подключен к первому входу системы управления 2 активным фильтром, а второй, третий и четвертый выходы датчика тока нагрузки к входам фазных реакторов 5, 6, 7. Выходы фазных реакторов 5, 6, 7 подключены к трем фазным стойкам инвертора напряжения на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами 8, а нейтральный провод N к полумостовому инвертору – четвертой фазной стойке инвертора напряжения 8. В звено постоянного тока инвертора напряжения включен емкостной накопитель 9. Восемь выходов системы управления 2 активным фильтром подключены к входам транзисторов инвертора напряжения 8, а девятый выход подключен ко входу блока оперативной памяти 10. Выход блока оперативной памяти 10 подключен к третьему входу системы управления 2.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу трехфазного активного силового фильтра на примере одной фазы (А). Ток I_Н(А), потребляемый нелинейной нагрузкой 3 от трехфазной сети A, B, C, протекает через датчик тока нагрузки 1, с выхода которого сигналы, пропорциональные току нагрузки, поступают в систему управления 2 активным фильтром. Также в систему управления 2 поступают синусоидальные сигналы-задания I_З(A), I_З(B), I_З(C) . Система управления 2 вычисляет сигнал ошибки как разницу между сигналом-заданием I_З(A) и током нагрузки I_Н(А). В соответствие с сигналом ошибки система управления формирует управляющие импульсы, которые поступают на входы транзисторов инвертора напряжения 8. Под воздействием управляющих импульсов инвертор напряжения в фазном реакторе 7 формирует ток фильтра I_АФ(А). Ток фильтра I_АФ(А) складывается с током нагрузки I_Н(А), в результате чего форма тока сети I_С(А) становится близкой к синусоидальной, как представлено на фиг. 2. Контроль формируемого тока фильтра I_АФ(А) осуществляется с помощью датчика тока фильтра 4, с выхода которого сигналы пропорциональные току фильтра, поступают в систему управления 2 активным фильтром.

Как видно из диаграммы фиг. 2 «c», в сетевом токе I_С(А)образуются выбросы (отмечено пунктиром), представляющие собой высшие гармонические составляющие формируемого в сети тока. Суммарный коэффициент гармонических составляющих тока при этом оценивается в 7,7%. Для снижения данных выбросов в сетевом токе, следовательно, и снижения суммарного коэффициента гармонических составляющих тока сети необходимо сдвинуть фронты тока активного фильтра от момента времени t2 к моменту времени t1 (см. фиг. 2 «c»). Это можно сделать в том случае, если информацию о мгновенных значениях тока нагрузки в течение полного предыдущего периода колебания переменного тока сохранять в оперативной памяти в оцифрованном виде и извлекать из памяти в момент времени t1 значение для тока нагрузки, ожидаемого в момент времени t2, как значение, имевшее место в моменте времени t2, но в предыдущем периоде колебания переменного тока. В связи с чем необходимо наличие оперативной памяти для хранения мгновенных значений тока нагрузки в оцифрованном виде.

Необходимый размер блока оперативной памяти для хранения мгновенных значений тока рассчитывается по следующей формуле:

где S_ram - необходимый размер памяти в байтах;

T₅₀ – длительность полного периода переменного тока промышленной частоты 50 Гц, равного 20 мс;

t_s – длительность интервала между смежными измерениями мгновенных значений токов, мс;

S_dqo - размер переменной для хранения мгновенных значений токов, байт.

Для более точного формирования траектории токов активного фильтра I_{АФ(А,В,С)} следует выбирать как можно меньшую длительность t_s, при этом потребуется больший размер блока оперативной памяти 10.

При использовании установленной оперативной памяти система управления активным фильтром извлекает из оперативной памяти сохраненные в предыдущем периоде мгновенное значение тока нагрузки, ожидаемое в момент времени t2, и управляет ключами инвертора 8 на основе ожидаемых мгновенных значений токов нагрузки I_Н(А). Тем самым фронты формируемого фильтром тока I_АФ(А) сдвигаются от момента времени t2 к моменту времени t1. Как показано на фиг.3, в этом случае выбросы в форме сетевого тока I_С(А) (отмечено пунктиром) становятся значительно меньше, что соответствует снижению суммарного коэффициента гармонических составляющих формируемого тока в сети до величины 3,3%.

Claims

Трехфазный активный силовой фильтр, состоящий из трехфазного мостового инвертора напряжения на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, соединенного выходами с сетью последовательно через датчик тока фильтра и фазные реакторы, полумостового инвертора на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, параллельно соединенного с трехфазным мостовым инвертором на стороне постоянного тока и выходом подключенного к нулевой линии сети, емкостного накопителя на стороне постоянного тока, датчика тока нагрузки, соединенного входами с сетью, а выходами с нелинейной нагрузкой, системы управления, реализованной на микропроцессоре, входы которой подключены к выходу датчика тока нагрузки и выходу датчика тока фильтра, а выходы - к управляющим выводам полупроводниковых ключевых элементов, отличающийся тем, что он снабжен блоком оперативной памяти, вход и выход которого подключены к системе управления.