RU212745U1 - Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети - Google Patents
Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети Download PDFInfo
- Publication number
- RU212745U1 RU212745U1 RU2022113666U RU2022113666U RU212745U1 RU 212745 U1 RU212745 U1 RU 212745U1 RU 2022113666 U RU2022113666 U RU 2022113666U RU 2022113666 U RU2022113666 U RU 2022113666U RU 212745 U1 RU212745 U1 RU 212745U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- current
- voltage
- filter
- Prior art date
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 6
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 6
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 5
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам компенсации высших гармоник в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности. Технический результат заключается в устранении высших гармоник тока и коррекции реактивных составляющих тока нелинейной нагрузки. Достигается тем, что в контроллер системы управления дополнительно установлены датчик тока инвертора активного фильтра, вход которого соединен с выходом выходного пассивного фильтра, а выход – со входом формирователя компенсационного тока, вход которого соединен с выходом фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, при этом другой вход соединен с выходом регулятора напряжения накопительного конденсатора. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам компенсации высших гармоник в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности. Устройство может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий с большим количеством нелинейной нагрузки, генерирующей гармоники тока и напряжения.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Известно устройство подавления высших гармоник тока (патент RU № 184273, опубл. 22.10.2018 г.) 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.
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.
Известно устройство подавления высших гармоник тока (патент RU № 198721, опубл. 23.07.2020 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, 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.
Недостатком устройства является наличие потерь напряжения на сетевом дросселе, а также значительная погрешность при формировании компенсационного тока за счет отсутствия сравнения заданного компенсационного тока с фактическим током на выходе инвертора.
Техническим результатом является устранение высших гармоник тока, и коррекция реактивных составляющих тока нелинейной нагрузки.
Технический результат достигается тем, что в контроллер системы управления дополнительно установлены датчик тока инвертора активного фильтра, вход которого соединен с выходом выходного пассивного фильтра, а выход – со входом формирователя компенсационного тока, вход которого соединен с выходом фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, при этом другой вход соединен с выходом регулятора напряжения накопительного конденсатора.
Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети поясняется следующей фигурой:
фиг.1 – общая схема устройства, где:
1 – нелинейная нагрузка;
2 – инвертор;
3 – накопительный конденсатор;
4 – выходной пассивный фильтр;
5 – контроллер системы управления;
6 – датчик напряжения сети;
7 – датчик тока нелинейной нагрузки;
8 – фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети;
9 – датчик тока инвертора активного фильтра;
10 – формирователь импульсов;
11 – регулятор напряжения накопительного конденсатора;
12 – формирователь компенсационного тока;
13 – сеть.
Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети включает контроллер системы управления 5, который содержит датчик напряжения сети 6, датчик тока нелинейной нагрузки 7, фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети 8, датчик тока инвертора активного фильтра 9, формирователь импульсов 10, регулятор напряжения накопительного конденсатора 11, формирователь компенсационного тока 12. Выход нелинейной нагрузки 1 соединен со входом датчика тока нелинейной нагрузки 7. Выход сети 13 соединен со входом датчика напряжения сети 6. Выход датчика тока нелинейной нагрузки 7 и выход датчика напряжения сети 6 соединены с входом фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети 8, а его выход соединен с одним из входов формирователя компенсационного тока 12, а другой вход соединен с выходом датчика тока инвертора активного фильтра 9. Вход датчика тока инвертора активного фильтра 9 соединен с выходом выходного пассивного фильтра 4, вход которого соединен с выходом инвертора 2. Вход инвертора 2 соединен с выходом накопительного конденсатора 3, а вход которого соединен с регулятором напряжения накопительного конденсатора 11. Выход формирователя компенсационного тока 12 соединен с одним из входов формирователя импульсов 10, другой вход которого соединен с выходом регулятора напряжения накопительного конденсатора 11. Выход формирователя импульсов 10 соединен с входом инвертора 2
Устройство работает следующим образом. Датчик напряжения сети 8 и датчик тока нелинейной нагрузки 7 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, что позволяет расширить функциональные возможности устройства путем введения в его состав минимального количества новых блоков.
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.
Для заданных фазных токов i 1(t), i 2(t), i 3(t) и напряжений u 1(t), u 2(t), u 3(t) электрической сети во временном диапазоне [0, T] можно записать следующие обобщенные вектора тока и напряжения:
Скалярное произведение этих векторов на интервале t 1-t 2:
где p 1, p 2, p 3 - мгновенные значения активной мощности каждой из трех фаз, P 1, P 2, P 3 - средние значения активной мощности каждой из трех фаз. Таким образом, векторное произведение векторов тока и напряжения равно суммарной средней активной мощности трехфазной сети.
При представлении действующих значений вектора тока I и вектора напряжения U с помощью Эвклидовых норм векторов:
где: I 1, I 2, I 3 и U 1, U 2, U 3 - действующие значения токов и напряжений. Эквивалентная активная проводимость G трехфазной сети определяется следующим образом:
Величина G необходима для определения вектора тока i u , который коллинеарен вектору приложенного напряжения u:
Выражение (6) также можно представить следующим образом:
Взаимосвязь между составляющими полного тока следующая:
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.
Результаты исследований активного фильтра параллельного типа, на основе которого выполнено предлагаемое устройство, показали, что величина индуктивности выходного пассивного фильтра 4 оказывает влияние на степень эффективности компенсации высших гармоник тока и напряжения.
В зависимости от поставленных целей и задач применения предлагаемого устройства может работать одновременно в трех режимах: компенсация высших гармоник тока нелинейной нагрузки, компенсация высших гармоник напряжения питающей сети, коррекция коэффициента мощности по основной составляющей за счет формирователя компенсационного тока.
Claims (1)
- Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, подключающееся в сеть с нелинейной нагрузкой и содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети входами подключен к выходам датчика напряжения сети и выходам датчика тока нелинейной нагрузки, отличающееся тем, что в контроллер системы управления дополнительно установлен датчик тока инвертора активного фильтра, вход которого соединен с выходом выходного пассивного фильтра, а выход – со входом формирователя компенсационного тока, вход которого соединен с выходом фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, при этом другой вход соединен с выходом регулятора напряжения накопительного конденсатора.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU212745U1 true RU212745U1 (ru) | 2022-08-04 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011012436A3 (de) * | 2009-07-30 | 2012-08-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur kompensation von in stromverläufen auftretenden oberschwingungen in einem hochspannungsnetz |
| CN105515004A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-04-20 | 清华大学 | 一种有源电力滤波器谐波检测和指令修正方法 |
| RU184273U1 (ru) * | 2018-06-08 | 2018-10-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Устройство подавления высших гармоник тока |
| RU198721U1 (ru) * | 2020-03-03 | 2020-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011012436A3 (de) * | 2009-07-30 | 2012-08-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur kompensation von in stromverläufen auftretenden oberschwingungen in einem hochspannungsnetz |
| CN105515004A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-04-20 | 清华大学 | 一种有源电力滤波器谐波检测和指令修正方法 |
| RU184273U1 (ru) * | 2018-06-08 | 2018-10-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Устройство подавления высших гармоник тока |
| RU198721U1 (ru) * | 2020-03-03 | 2020-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Casadei et al. | Theoretical and experimental investigation on the stability of matrix converters | |
| Monfared et al. | Direct active and reactive power control of single-phase grid-tie converters | |
| EP3514939B1 (en) | Three-phase converter and control method therefor | |
| Pan et al. | Voltage balancing control of diode-clamped multilevel rectifier/inverter systems | |
| CN107171587B (zh) | 一种适用于逆变器的改进型有限集模型预测控制方法 | |
| CN104935200A (zh) | 电力转换装置、其控制装置及控制方法、发电系统 | |
| EP2811641A1 (en) | Controlling the operation of an converter having a plurality of semiconductor switches for converting high power electric signals from DC to AC or from AC to DC | |
| CN103683966A (zh) | 再生逆变器装置和使用电池单元的逆变器装置 | |
| CN106067792A (zh) | 一种阶数大于1的大功率分数阶电容及其控制方法 | |
| EP3662573B1 (en) | Controlling a voltage source converter in a dc system | |
| Zhang et al. | Model predictive current control with optimal duty cycle for three-phase grid-connected AC/DC converters | |
| de Oliveira et al. | Field oriented predictive current control on NPC driving an induction motor | |
| Waware et al. | A review of multilevel inverter based active power filter | |
| Maheshwari et al. | A novel high bandwidth current control strategy for SiC MOSFET based active front-end rectifiers under unbalanced input voltage conditions | |
| Gopalakrishnan et al. | Space vector based modulation scheme for reducing capacitor RMS current in three-level diode-clamped inverter | |
| RU212745U1 (ru) | Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети | |
| RU198721U1 (ru) | Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети | |
| RU2657007C1 (ru) | Устройство компенсации высших гармоник и рекуперации энергии в сеть, адаптированное к электроприводу переменного тока | |
| CN114784819A (zh) | 并联变流器的控制方法、系统、装置及控制器 | |
| Lin et al. | Analysis and implementation of a single-phase capacitor-clamped inverter with simple structure | |
| Janik et al. | Control of primary voltage-source active rectifiers of traction converter with medium-frequency transformer: Advantages of control unit combining DSP and FPGA | |
| CN205847211U (zh) | 一种阶数大于1的大功率分数阶电容 | |
| RU2793449C1 (ru) | Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети | |
| Spence et al. | Robust Compensation of Dead Time in DCM for Grid Connected Bridge Inverters | |
| CN114825973B (zh) | 一种矩阵变换器载波频率调制方法、设备及存储介质 |