RU198721U1 - DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR - Google Patents

DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR Download PDF

Info

Publication number
RU198721U1
RU198721U1 RU2020109533U RU2020109533U RU198721U1 RU 198721 U1 RU198721 U1 RU 198721U1 RU 2020109533 U RU2020109533 U RU 2020109533U RU 2020109533 U RU2020109533 U RU 2020109533U RU 198721 U1 RU198721 U1 RU 198721U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
voltage
inverter
network
Prior art date
Application number
RU2020109533U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Николаевич Абрамович
Юрий Анатольевич Сычев
Роман Юрьевич Зимин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority to RU2020109533U priority Critical patent/RU198721U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU198721U1 publication Critical patent/RU198721U1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам компенсации высших гармоник в электрических сетях. Устройство может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий с большим количеством нелинейной нагрузки, генерирующей гармоники тока и напряжения.Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом сетевой дроссель входом подключен к выходным цепям выходного пассивного фильтра, а выходом - к сети питающего напряжения, фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети входами подключен к выходам датчика напряжения сети, первая гармоническая составляющая выходного напряжения инвертора, выделенная пассивным фильтром, посредством датчика выходного напряжения инвертора передается на вход формирователя импульсов управления транзисторами инвертора. Дополнительно к сети подключается датчик тока нелинейной нагрузки, выход которого соединен с входом фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети, выход которого соединен с блоком выбора режима работы устройства, выход которого подключен к входу формирователя импульсов и входу блока регулирования индуктивности сетевого дросселя, выход которого соединен с сетевым дросселем. 1 ил.The utility model relates to electrical engineering and power engineering, namely to devices for compensating higher harmonics in electrical networks. The device can be used in power supply systems of industrial enterprises with a large amount of nonlinear load that generates harmonics of current and voltage. Device for suppression of higher harmonics and power factor correction of the network, containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, while a line choke the input is connected to the output circuits of the output passive filter, and the output to the supply voltage network, the filter for isolating the first harmonic component of the supply voltage is connected by inputs to the outputs of the network voltage sensor, the first harmonic component of the inverter output voltage, allocated by the passive filter, is transmitted through the inverter output voltage sensor to the input of the pulse former for controlling the inverter transistors. In addition, a nonlinear load current sensor is connected to the network, the output of which is connected to the input of the filter for separating the first harmonic component of the supply voltage, the output of which is connected to the unit for selecting the operating mode of the device, the output of which is connected to the input of the pulse shaper and the input of the inductance control unit of the line choke, the output of which is connected to the line choke. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам компенсации высших гармоник в электрических сетях. Устройство может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий с большим количеством нелинейной нагрузки, генерирующей гармоники тока и напряжения.The utility model relates to electrical engineering and power engineering, namely to devices for compensating higher harmonics in electrical networks. The device can be used in power supply systems of industrial enterprises with a large amount of non-linear load generating current and voltage harmonics.

Известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети (патент RU №2446536, опубл. 30.11.2010), содержащее контроллер системы управления снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователей 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.Known device for compensation of higher harmonics and power factor correction of the network (patent RU No. 2446536, publ. 30.11.2010), containing the controller of the control system is equipped with a filter current sensor, a network current sensor, a voltage sensor, pulse shapers based on relay regulators with a variable hysteresis width, phase current and voltage converters, a phase synchronization unit, a storage capacitor voltage regulator, and the input of the mains current sensor is connected to the terminals of the supply network, the input of the filter current sensor is connected to the terminals of the line supplying the output smoothing passive filter and the inverter, the input of the voltage sensor is connected to the terminals of the supply network, the output of the voltage regulator of the storage capacitor is connected to the inputs of the drivers for controlling the power switches of the inverter, the input of the voltage regulator of the storage capacitor 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 dates The filter current sensor is connected to the input of the pulse former, the output of the mains 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 voltage phase converter, 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 synchronization 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 of the pulse shaper, the output of which is connected to the inputs of the drivers for controlling the power switches of the inverter.

Недостатком устройства является применение большого числа фазовых преобразований, что значительно усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по первой гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations, which significantly complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of a sharply variable nonlinear load, and also does not allow the function of correcting higher voltage harmonics from the mains side and the power factor by the first harmonic component.

Известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети (патент RU №2512886, опубл. 10.04.2014), содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом контроллер системы управления снабжен 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 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 регулятора напряжения накопительного конденсатора, выход датчика напряжения соединен с входом фазового преобразователя напряжения, выход фазового преобразователя напряжения соединен с входом блока фазовой синхронизации, выход формирователя импульсов соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора, выход фазового преобразователя тока и выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединены с входом формирователя импульсов. Устройство снабжено фазовым преобразователем сетевых токов, фазовым преобразователем опорные токов и блоком формирования напряжения, при этом выход блока фазовой синхронизации соединен с входом фазового преобразователя опорных токов, выход которого соединен с входом блока формирования напряжений, выход которого соединен с входом фазового преобразователя тока, выход блока фазовой синхронизации соединен с входом блока формирования напряжений, выход датчика тока сети соединен с входом фазового преобразователя сетевых токов, выход которого соединен с входом фазового преобразователя опорных токов, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входом блока формирования напряжений.Known device for compensation of higher harmonics and power factor correction of the network (patent RU No. 2512886, publ. 04/10/2014), containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, while the control system controller is equipped with a network current sensor, a voltage sensor , a pulse shaper based on relay regulators 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 terminals of the supply network, the input of the voltage sensor is connected to the terminals of the supply network, the output of the voltage regulator the storage capacitor is connected to the inputs of the inverter power switch control drivers, the input of the storage capacitor voltage regulator is connected to the storage capacitor terminals, the output of the network current sensor is connected to the input of the storage capacitor voltage regulator, in The output of the voltage sensor is connected to the input of the phase voltage converter, the output of the phase voltage converter is connected to the input of the phase synchronization unit, the output of the pulse former is connected to the inputs of the drivers for controlling the power switches of the inverter, the output of the phase current converter and the output of the voltage regulator of the storage capacitor are connected to the input of the pulse former. The device is equipped with a phase converter of mains currents, a phase converter of reference currents and a voltage generation unit, while the output of the phase synchronization unit is connected to the input of the phase converter of reference currents, the output of which is connected to the input of the voltage generation unit, the output of which is connected to the input of the phase current converter, the output of the unit phase synchronization is connected to the input of the voltage generation unit, the output of the network current sensor is connected to the input of the phase converter of network currents, the output of which is connected to the input of the reference current phase converter, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the input of the voltage generation unit.

Недостатком устройства является применение большого числа фазовых преобразований, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременного режима изменения гармонических искажений, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations, which complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of a sharply varying mode of changing harmonic distortions, and also does not allow to implement the function of correcting higher voltage harmonics from the mains side and the power factor by the fundamental component.

Известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента несимметрии сети (патент RU №2573599, опубл. 20.01.2016), содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, причем 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. Контроллер системы управления снабжен блоком выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности и блоком фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, при этом вход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с выходом датчика тока сети, а выход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с входом блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, который также соединен с выходом блока фазовой синхронизации, при этом выход блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока соединен с входом формирователя импульсов.Known device for compensation of higher harmonics and correction of the asymmetry factor of the network (patent RU No. 2573599, publ. 20.01.2016), containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, and the control system controller is equipped with a filter current sensor, a network current sensor , voltage sensor, pulse shaper based on relay regulators with variable hysteresis width, phase current and voltage converters, phase synchronization unit, storage capacitor voltage regulator. The control system controller is equipped with a unit for detecting the components of negative and zero sequence currents and a unit for phase correction of asymmetric current components, while the input of the unit for detecting components of negative and zero sequence currents is connected to the output of the network current sensor, and the output of the unit for detecting components of negative and zero sequence currents is connected to the input of the unit for phase correction of asymmetric current components, which is also connected to the output of the phase synchronization unit, while the output of the unit for phase correction of asymmetric current components is connected to the input of the pulse shaper.

Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления устройством компенсации, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременного режима изменения высших гармонических составляющих, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of the compensation device, which complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of a sharply variable mode of changing the higher harmonic components, and also does not allow to implement the function of correcting higher voltage harmonics from the network side and the power factor by the fundamental harmonic component.

Известно устройство гибридной компенсации высших гармоник (патент RU №176107, опубл. 09.01.2018 г.), содержащее инвертор, неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты, накопительный конденсатор преобразователя частоты, инвертор устройства компенсации, датчик переменного тока преобразователя частоты, блок вычитания, причем вход неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, зажимы «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключены соответственно через первую и вторую обкладки накопительного конденсатора преобразователя частоты к зажимам «+» и «-» инвертора преобразователя частоты, зажимы «+» и «-» инвертора устройства компенсации подключены соответственно к зажимам «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты. Выход датчика тока сети соединен с входом блока преобразования Фурье, выход которого соединен с первым входом блока выделения основной гармоники, а второй вход которого соединен с выходом задатчика основной гармоники, выход блока выделения основной гармоники соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу датчика переменного тока преобразователя, выход блока вычитания соединен с входом блока смещения, выход которого соединен с входом блока широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен с инвертором устройства компенсации.A device for hybrid compensation of higher harmonics is known (patent RU No. 176107, publ. 09.01.2018), containing an inverter, an uncontrolled rectifier of a frequency converter, a storage capacitor of a frequency converter, an inverter of a compensation device, an alternating current sensor of a frequency converter, a subtractor, and the input is uncontrolled rectifier of the frequency converter is connected through the AC sensor of the frequency converter to the mains, terminals "+" and "-" of the uncontrolled rectifier of the frequency converter are connected, respectively, through the first and second plates of the storage capacitor of the frequency converter to terminals "+" and "-" of the inverter of the frequency converter, terminals "+" And "-" of the inverter of the compensation device are connected respectively to the terminals "+" and "-" of the uncontrolled rectifier of the frequency converter. The output of the mains current sensor is connected to the input of the Fourier transform unit, the output of which is connected to the first input of the fundamental harmonic extraction unit, and the second input of which is connected to the output of the fundamental harmonic generator, the output of the fundamental harmonic extraction unit is connected to the first input of the subtraction unit, the second input of which is connected to the output of the AC sensor of the converter, the output of the subtraction unit is connected to the input of the bias unit, the output of which is connected to the input of the pulse-width modulation unit, the output of which is connected to the inverter of the compensation device.

Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления гибридным устройством компенсации высших гармоник, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of the hybrid device for compensating higher harmonics, which complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of abruptly variable nonlinear load, and also does not allow the function of correcting higher harmonics of the voltage from the mains side and the power factor by the fundamental harmonic component.

Известно устройство гибридной компенсации высших гармоник (патент RU №185875, опубл. 21.12.2018 г.), содержащее инвертор, неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты, накопительный конденсатор преобразователя частоты, инвертор устройства компенсации, сглаживающие дроссели, выходной пассивный фильтр, датчик переменного тока преобразователя частоты, датчик переменного тока сети, блок вычитания, вход неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, зажимы «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключены соответственно через первую и вторую обкладки накопительного конденсатора преобразователя частоты к зажимам «+» и «-» инвертора преобразователя частоты, зажимы «+» и «-» инвертора устройства компенсации подключены к зажимам «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, выход инвертора устройства компенсации подключен через сглаживающие дроссели и пассивный фильтр к сети, с выхода датчика тока сети сигнал поступает на вход блока преобразования Фурье, с выхода которого сигнал поступает на первый вход блока выделения основной гармоники, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика основной гармоники, с выхода блока выделения основной гармоники сигнал поступает на первый вход блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу датчика переменного тока преобразователя, с выхода блока вычитания сигнал поступает на вход блок фазовой синхронизации, а также установлен блок широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен с устройством компенсации. Дополнительно установлены блок смещения и блок регулирования частоты широтноимпульсной модуляции, выход блока фазовой синхронизации соединен со входом блока смещения, выход которого соединен с первым входом блока широтноимпульсной модуляции, выход датчика переменного тока сети соединен с входом блока регулирования частоты широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен со вторым входом блока широтно-импульсной модуляции.A device for hybrid compensation of higher harmonics is known (patent RU No. 185875, publ. 12/21/2018), containing an inverter, an uncontrolled rectifier of a frequency converter, a storage capacitor of a frequency converter, an inverter of a compensation device, smoothing chokes, an output passive filter, an alternating current sensor of a frequency converter , mains alternating current sensor, subtraction unit, the input of the uncontrolled rectifier of the frequency converter is connected through the AC sensor of the frequency converter to the mains, terminals "+" and "-" of the uncontrolled rectifier of the frequency converter are connected, respectively, through the first and second plates of the storage capacitor of the frequency converter to the terminals " + "And" - "of the inverter of the frequency converter, the terminals" + "and" - "of the inverter of the compensation device are connected to the terminals" + "and" - "of the uncontrolled rectifier of the frequency converter, the output of the inverter of the compensation device is connected through smoothing chokes and a passive filter to the network, from the output of the mains current sensor, the signal goes to the input of the Fourier transform unit, from the output of which the signal goes to the first input of the fundamental harmonic extraction unit, to the second input of which the signal from the fundamental harmonic generator is received, from the output of the fundamental harmonic extraction unit the signal goes to the first input of the subtraction unit, the second input of which is connected to the output of the alternating current sensor of the converter, from the output of the subtraction unit the signal is fed to the input of the phase synchronization unit, and a pulse-width modulation unit is installed, the output of which is connected to the compensation device. Additionally, a displacement unit and a pulse-width modulation frequency control unit are installed, the output of the phase-locking unit is connected to the input of the displacement unit, the output of which is connected to the first input of the pulse-width modulation unit, the output of the AC network sensor is connected to the input of the pulse-width modulation frequency control unit, the output of which is connected with the second input of the pulse-width modulation block.

Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления гибридным устройством компенсации высших гармоник, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of the hybrid device for compensating higher harmonics, which complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of abruptly variable nonlinear load, and also does not allow the function of correcting higher harmonics of the voltage from the mains side and the power factor by the fundamental harmonic component.

Известно устройство подавления высших гармоник тока (патент RU №184273, опубл. 22.10.2018 г.), принятое за прототип, содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом сетевой дроссель входом подключен к выходным цепям выходного пассивного фильтра, а выходом - к сети питающего напряжения, фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети входами подключен к выходам датчика напряжения сети, с его выхода первая гармоническая составляющая сети питающего напряжения подается на вход формирователя импульсов управления транзисторами инвертора; первая гармоническая составляющая выходного напряжения инвертора, выделенная пассивным фильтром, посредством датчика выходного напряжения инвертора передается на вход формирователя импульсов управления транзисторами инвертора.A device for suppressing higher harmonics of current is known (patent RU No. 184273, publ. 10/22/2018), taken as a prototype containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, while the line choke is connected to the output circuits of the output a passive filter, and the output to the supply voltage network, the filter for isolating the first harmonic component of the supply voltage by the inputs is connected to the outputs of the network voltage sensor, from its output the first harmonic component of the supply voltage is fed to the input of the pulse shaper for controlling the inverter transistors; The first harmonic component of the inverter output voltage, isolated by a passive filter, is transmitted by the inverter output voltage sensor to the input of the pulse shaper for controlling the inverter transistors.

Недостатком устройства является применение большого числа фазовых преобразований, что значительно усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по первой гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations, which significantly complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of a sharply variable nonlinear load, and also does not allow the function of correcting higher voltage harmonics from the mains side and the power factor by the first harmonic component.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, а именно, помимо компенсации высших гармоник тока, создаваемых нелинейной нагрузкой, и коррекции реактивных составляющих тока нелинейной нагрузки, устройство способно осуществлять компенсацию высших гармоник напряжения и коррекцию реактивной мощности основной составляющей сети при сохранении исходной структуры устройства.The technical result is to expand the functionality of the device for suppressing higher harmonics and correcting the power factor of the network, namely, in addition to compensating for the higher harmonics of the current generated by the nonlinear load and correcting the reactive components of the nonlinear load current, the device is capable of compensating for higher harmonics of the voltage and correcting the reactive power of the fundamental component network while maintaining the original structure of the device.

Технический результат достигается тем, что дополнительно к сети подключается датчик тока нелинейной нагрузки, выход которого соединен с входом фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети, выход которого соединен с блоком выбора режима работы устройства, выход которого подключен к входу формирователя импульсов и входу блока регулирования индуктивности сетевого дросселя, выход которого соединен с сетевым дросселем.The technical result is achieved by the fact that, in addition to the network, a nonlinear load current sensor is connected, the output of which is connected to the input of the filter for separating the first harmonic component of the supply network voltage, the output of which is connected to the unit for selecting the operating mode of the device, the output of which is connected to the input of the pulse shaper and the input of the control unit inductance of the line choke, the output of which is connected to the line choke.

Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети поясняется следующей фигурой:The device for suppressing higher harmonics and power factor correction of the network is illustrated by the following figure:

фиг. 1 - Общая схема устройства, где:fig. 1 - General diagram of the device, where:

1 - нелинейная нагрузка;1 - non-linear load;

2 - инвертор;2 - inverter;

3 - накопительный конденсатор;3 - storage capacitor;

4 - выходной пассивный фильтр;4 - output passive filter;

5 - сетевой дроссель;5 - line choke;

6 - контроллер системы управления;6 - controller of the control system;

7 - датчик напряжения сети;7 - mains voltage sensor;

8 - фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети;8 - filter for selecting the first harmonic component of the supply voltage;

9 - датчик выходного напряжения инвертора;9 - sensor of the output voltage of the inverter;

10 - формирователь импульсов;10 - pulse shaper;

11 - регулятор напряжения накопительного конденсатора;11 - storage capacitor voltage regulator;

12 - датчик тока нелинейной нагрузки;12 - non-linear load current sensor;

13 - блок выбора режима работы устройства;13 - block for selecting the operating mode of the device;

14 - блок регулирования индуктивности сетевого дросселя.14 - block for regulating the inductance of the line choke.

Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети содержит нелинейную нагрузку 1, к зажимам которой подключен вход датчика тока нелинейной нагрузки 12, к сети подключен вход датчика напряжения сети 7, выходы датчика тока нелинейной нагрузки 12 и датчика напряжения сети 7 подключены к входу фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети 8, выход которого соединен с входом блока выбора режима работы устройства 13, к входу которого также подключен выход блока регулирования индуктивности сетевого дросселя 14, вход которого соединен с сетевым дросселем 5, который соединен с зажимами нелинейной нагрузки 1. К входу формирователя импульсов 10 подключены выходы датчика выходного напряжения инвертора 9, регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, блока выбора режима работы устройства 13, входы датчика выходного напряжения инвертора 9 соединены с выходом выходного пассивного фильтра 4, вход которого соединен с выходом инвертора 2, вход которого соединен с выходом накопительного конденсатора 3, к входу которого подключен регулятор напряжения накопительного конденсатора 11. Выход формирователя импульсов 10 соединен с инвертором 2.The device for suppressing higher harmonics and power factor correction of the network contains a nonlinear load 1, to the terminals of which the input of the nonlinear load current sensor 12 is connected, the input of the network voltage sensor 7 is connected to the network, the outputs of the nonlinear load current sensor 12 and the network voltage sensor 7 are connected to the input of the selection filter the first harmonic component of the supply network voltage 8, the output of which is connected to the input of the unit for selecting the operating mode of the device 13, to the input of which the output of the unit for regulating the inductance of the line choke 14 is also connected, the input of which is connected to the line choke 5, which is connected to the terminals of the nonlinear load 1. To the input of the pulse shaper 10 is connected to the outputs of the output voltage sensor of the inverter 9, the voltage regulator of the storage capacitor 11, the unit for selecting the operating mode of the device 13, the inputs of the output voltage sensor of the inverter 9 are connected to the output of the output passive filter 4, the input of which is connected to the output of the inverter 2, the input of which is connected to the output of the storage capacitor 3, to the input of which the voltage regulator of the storage capacitor 11 is connected. The output of the pulse shaper 10 is connected to the inverter 2.

Устройство работает следующим образом. Датчик напряжения сети 7 и датчик тока нелинейной нагрузки 12 собирают измерительную информацию о гармонических искажениях напряжения источника и тока подключенной нелинейной нагрузки 1 соответственно. На основании полученной информации фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети 8 формирует задания по напряжению первой гармоники сети, а также по основной составляющей тока, потребляемого нелинейной нагрузкой. Это позволяет существенно расширить функциональные возможности устройства путем введения в его состав минимального количества новых блоков.The device works as follows. The mains voltage sensor 7 and the non-linear load current sensor 12 collect measurement information about the harmonic distortion of the source voltage and the current of the connected non-linear load 1, respectively. Based on the information obtained, the filter for extracting the first harmonic component of the supply network voltage 8 generates tasks for the voltage of the first harmonic of the network, as well as for the main component of the current consumed by the nonlinear load. This allows you to significantly expand the functionality of the device by introducing a minimum number of new blocks into its composition.

Выделение первой гармоники напряжения сети фильтром 8 осуществляется аналогично прототипу. При этом выделение основной составляющей тока, потребляемого нелинейной нагрузкой 1, может быть реализовано по принципу определения ортогональных составляющих тока и напряжения, который рассматривается далее.The selection of the first harmonic of the mains voltage by the filter 8 is carried out similarly to the prototype. In this case, the selection of the main component of the current consumed by the nonlinear load 1 can be implemented according to the principle of determining the orthogonal components of current and voltage, which is considered below.

Для заданных фазных токов i1(t), i2(t), i3(t) и напряжений u1(t), u2(t), u3(t) электрической сети во временном диапазоне [0, T] можно записать следующие обобщенные вектора тока и напряжения:For given phase currents i 1 (t), i 2 (t), i 3 (t) and voltages u 1 (t), u 2 (t), u 3 (t) of the electrical network in the time range [0, T] the following generalized current and voltage vectors can be written:

Figure 00000001
Figure 00000001

Скалярное произведение этих векторов на интервале t1-t2 The scalar product of these vectors on the interval t 1 -t 2

Figure 00000002
Figure 00000002

где p1, p2, p3 - мгновенные значения активной мощности каждой из трех фаз, Р1, Р2, Р3 - средние значения активной мощности каждой из трех фаз. Таким образом, векторное произведение векторов тока и напряжения равно суммарной средней активной мощности трехфазной сети.where p 1 , p 2 , p 3 are the instantaneous values of the active power of each of the three phases, P 1 , P 2 , P 3 are the average values of the active power of each of the three phases. Thus, the vector product of the current and voltage vectors is equal to the total average active power of the three-phase network.

При представлении действующих значений вектора тока I и вектора напряжения U с помощью Эвклидовых норм векторов:When presenting the effective values of the current vector I and the voltage vector U using the Euclidean norms of vectors:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где: I1, I2, I3 и U1 U2, U3 - действующие значения токов и напряжений. Эквивалентная активная проводимость G трехфазной сети определяется следующим образом:where: I 1 , I 2 , I 3 and U 1 U 2 , U 3 - effective values of currents and voltages. The equivalent active conductivity G of a three-phase network is determined as follows:

Figure 00000005
Figure 00000005

Величина G необходима для определения вектора тока iu, который коллинеарен вектору приложенного напряжения u:The value of G is necessary to determine the current vector i u , which is collinear to the vector of the applied voltage u:

Figure 00000006
Figure 00000006

Выражение (6) также можно представить следующим образом:Expression (6) can also be represented as follows:

Figure 00000007
Figure 00000007

Взаимосвязь между составляющими полного тока следующая:The relationship between the components of the total current is as follows:

Figure 00000008
Figure 00000008

Таким образом, выражение (6) позволяет выявить основную составляющую тока нелинейной нагрузки, которая будет синфазна приложенному напряжению сети, а выражение (8) определить реактивную составляющую тока первой гармоники, которую необходимо компенсировать в случае коррекции коэффициента мощности по основной составляющей.Thus, expression (6) makes it possible to identify the main component of the nonlinear load current, which will be in phase with the applied mains voltage, and expression (8) to determine the reactive component of the first harmonic current, which must be compensated in the case of power factor correction by the fundamental component.

Результаты исследований параллельного активного фильтра, на основе которого выполнено предлагаемое устройство, показали, что величина индуктивности сетевого дросселя оказывает влияние на степень эффективности компенсации высших гармоник тока и напряжения. При этом идеализированный параллельный активный фильтр способен осуществлять компенсацию только гармоник тока без какого-либо влияния на гармоники напряжения при минимальных значениях индуктивности сетевого дросселя. С увеличением индуктивности сетевого дросселя, согласно исследованиям, степень эффективности компенсации высших гармоник тока снижается, а вывших гармоник напряжения растет. Таким образом, регулирование коэффициента:The results of studies of the parallel active filter, on the basis of which the proposed device is made, showed that the value of the inductance of the line choke affects the degree of efficiency of compensation for higher harmonics of current and voltage. In this case, an idealized parallel active filter is able to compensate only current harmonics without any influence on voltage harmonics at minimum values of the line choke inductance. With an increase in the inductance of the line choke, according to studies, the degree of efficiency of compensation for higher harmonics of the current decreases, and the higher harmonics of voltage increases. Thus, the regulation of the coefficient:

Figure 00000009
Figure 00000009

отражающего соотношение полного сопротивления сетевого дросселя Zдр и полного сопротивления питающей сети Zсети позволяет управлять эффективностью компенсации высших гармоник тока и напряжения одним устройством в зависимости от поставленных задач. Изменение индуктивности сетевого дросселя 5 осуществляется блоком регулирования индуктивности сетевого дросселя 14.reflecting the ratio of the impedance of the mains choke Z dr and the impedance of the mains Z of the mains allows you to control the efficiency of compensation for higher harmonics of current and voltage with one device, depending on the tasks. The change in the inductance of the line choke 5 is carried out by the unit for regulating the inductance of the line choke 14.

В зависимости от поставленных целей и задач применения предлагаемого устройства оно может работать в трех режимах: компенсация высших гармоник тока нелинейной нагрузки, компенсация высших гармоник напряжения питающей сети, коррекция коэффициента мощности по основной составляющей. Выбор той или иной из указанных функций осуществляется блоком выбора режима работы устройства 13.Depending on the goals and objectives of using the proposed device, it can operate in three modes: compensation for higher harmonics of nonlinear load current, compensation for higher harmonics of supply voltage, power factor correction for the fundamental component. The choice of one or another of these functions is carried out by the unit for selecting the operating mode of the device 13.

Таким образом, за счет добавления минимального количества блоков, а именно датчика тока нелинейной нагрузки, блока выбора режима работы устройства, блока регулирования индуктивности сетевого дросселя, значительно расширяются функциональные возможности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.Thus, by adding a minimum number of units, namely a nonlinear load current sensor, a unit for selecting the operating mode of the device, and a unit for regulating the inductance of a line choke, the functionality of the proposed device is significantly expanded in comparison with 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 adjustment of the appropriate parameters.

Claims (1)

Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом сетевой дроссель входом подключен к выходным цепям выходного пассивного фильтра, а выходом - к сети питающего напряжения, фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети входами подключен к выходам датчика напряжения сети, первая гармоническая составляющая выходного напряжения инвертора, выделенная пассивным фильтром, посредством датчика выходного напряжения инвертора передается на вход формирователя импульсов управления транзисторами инвертора, отличающееся тем, что дополнительно к сети подключается датчик тока нелинейной нагрузки, выход которого соединен с входом фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети, выход которого соединен с блоком выбора режима работы устройства, выход которого подключен к входу формирователя импульсов и входу блока регулирования индуктивности сетевого дросселя, выход которого соединен с сетевым дросселем.A device for suppressing higher harmonics and power factor correction of the network, containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, while the line choke is connected to the input circuits of the output passive filter, and the output to the supply voltage network, the filter of the first harmonic the input voltage component of the mains voltage is connected to the outputs of the mains voltage sensor, the first harmonic component of the inverter output voltage, allocated by a passive filter, is transmitted by the inverter output voltage sensor to the input of the pulse shaper for controlling the inverter transistors, characterized in that in addition to the mains, a nonlinear load current sensor is connected, whose output is connected to the input of the filter for extracting the first harmonic component of the supply voltage, the output of which is connected to the unit for selecting the operating mode of the device, the output of which is connected to the input of the former pulses and the input of the line choke inductance control unit, the output of which is connected to the line choke.
RU2020109533U 2020-03-03 2020-03-03 DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR RU198721U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109533U RU198721U1 (en) 2020-03-03 2020-03-03 DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109533U RU198721U1 (en) 2020-03-03 2020-03-03 DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU198721U1 true RU198721U1 (en) 2020-07-23

Family

ID=71741031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109533U RU198721U1 (en) 2020-03-03 2020-03-03 DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU198721U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758445C1 (en) * 2021-03-02 2021-10-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Керченский государственный морской технологический университет" Active harmonic filter with automatic adjustment to periodic variable load
RU212745U1 (en) * 2022-05-23 2022-08-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" HIGHER HARMONIC SUPPRESSION AND POWER FACTOR CORRECTION DEVICE

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146848C1 (en) * 1997-10-21 2000-03-20 Ульяновский государственный технический университет Single-phase passive-power compensator
WO2007016346A2 (en) * 2005-07-29 2007-02-08 Lestician Guy J Ststem for managing electrical consumption
RU92261U1 (en) * 2009-11-02 2010-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники SINGLE-PHASE AC VOLTAGE CONVERTER TO CONSTANT WITH POWER FACTOR CORRECTOR
RU2512886C1 (en) * 2013-04-26 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU184273U1 (en) * 2018-06-08 2018-10-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Device harmonic current suppression

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146848C1 (en) * 1997-10-21 2000-03-20 Ульяновский государственный технический университет Single-phase passive-power compensator
WO2007016346A2 (en) * 2005-07-29 2007-02-08 Lestician Guy J Ststem for managing electrical consumption
RU92261U1 (en) * 2009-11-02 2010-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники SINGLE-PHASE AC VOLTAGE CONVERTER TO CONSTANT WITH POWER FACTOR CORRECTOR
RU2512886C1 (en) * 2013-04-26 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU184273U1 (en) * 2018-06-08 2018-10-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Device harmonic current suppression

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758445C1 (en) * 2021-03-02 2021-10-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Керченский государственный морской технологический университет" Active harmonic filter with automatic adjustment to periodic variable load
RU212745U1 (en) * 2022-05-23 2022-08-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" HIGHER HARMONIC SUPPRESSION AND POWER FACTOR CORRECTION DEVICE
RU2793449C1 (en) * 2022-12-06 2023-04-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Higher harmonic suppression and power factor correction device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arya et al. Power quality enhancement using DSTATCOM in distributed power generation system
Kim et al. New control scheme for AC-DC-AC converter without DC link electrolytic capacitor
CN103296693B (en) Method and apparatus for controlling a grid-connected converter
KR101562848B1 (en) Method for uninterruptible power supply system control by using active damping control scheme and repeat control techniques
RU155594U1 (en) MULTIFUNCTIONAL ELECTRICITY QUALITY REGULATOR FOR THREE PHASE DISTRIBUTION SYSTEMS OF ELECTRICITY SUPPLY OF 0.4 KV
KR20200075136A (en) Charging apparatus capable of reducing low frequency leakage current
RU2354025C1 (en) Method for high harmonics compensation and system power factor correction
RU186406U1 (en) REACTIVE AUTOMATIC COMPENSATION DEVICE
Ren et al. Multi-mode control for three-phase bidirectional AC/DC converter in hybrid microgrid under unbalanced AC voltage conditions
RU198721U1 (en) DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR
RU176107U1 (en) HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
RU184273U1 (en) Device harmonic current suppression
Jean-Pierre et al. A control scheme based on lyapunov function for cascaded H-Bridge multilevel active rectifiers
RU2413350C1 (en) Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
RU2619919C1 (en) Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive
Qasim et al. ADALINE based control strategy for three-phase three-wire UPQC system
RU2657007C1 (en) Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive
US20230071003A1 (en) Power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
RU2741061C1 (en) Multi-level active filter control system
RU2573599C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry
RU212745U1 (en) HIGHER HARMONIC SUPPRESSION AND POWER FACTOR CORRECTION DEVICE
Abaali et al. Shunt Power Active Filter Control under NonIdeal Voltages Conditions
RU2512886C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU128031U1 (en) HARMONIC CURRENT COMPENSATION AND REACTIVE POWER DEVICE
Kalla Sliding reinforced competitive learning scheme for voltage and frequency regulation of diesel engine driven standalone single-phase generators