RU2394346C1 - Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load - Google Patents

Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load Download PDF

Info

Publication number
RU2394346C1
RU2394346C1 RU2008146276/09A RU2008146276A RU2394346C1 RU 2394346 C1 RU2394346 C1 RU 2394346C1 RU 2008146276/09 A RU2008146276/09 A RU 2008146276/09A RU 2008146276 A RU2008146276 A RU 2008146276A RU 2394346 C1 RU2394346 C1 RU 2394346C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
zero
sequences
signal
coordinate system
Prior art date
Application number
RU2008146276/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Бородин (RU)
Николай Иванович Бородин
Сергей Александрович Харитонов (RU)
Сергей Александрович Харитонов
Тимур Юлдашевич Жораев (RU)
Тимур Юлдашевич Жораев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический 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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Priority to RU2008146276/09A priority Critical patent/RU2394346C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2394346C1 publication Critical patent/RU2394346C1/en

Links

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electric engineering.
SUBSTANCE: in vector method of control they measure instantaneous values of three-phase output value of converter, voltage or current, zero, direct and reverse sequences of output value are detected, values are transformed from three-phase abc-system of coordinates into double-phase system of coordinates. Reference signals are generated for double-phase system of coordinates, as well as comparison signals, control signals are generated proportionally to results of comparison, which are transformed from double-phase system of coordinates into three-phase abc-system of coordinates, three-phase modulating signal of converter is generated. Identified signal of zero sequence is used to generate a signal orthogonal to it, and it is received as the second component of double-phase system of coordinates of zero sequence. All sequences are transformed into rotary dq-system of coordinates, reference signal for d-component of direct sequence is generated according to rated value of output value, reference signals for remaining components of sequences are generated as zero. Specified signals of comparison are generated for each component of sequences by integration of differences in according reference signals and d- and q- component sequences, and modulating signal is generated by summation of transformed control signals of direct, reverse and zero sequences in abc-system of coordinates.
EFFECT: generation of three-phase symmetric signal of output value with asymmetric load.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке, входящим в состав автономной системы генерирования электрической энергии, системы бесперебойного электропитания, системы электроснабжения и др.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control a three-phase static converter with an asymmetric load, which is part of an autonomous system for generating electrical energy, uninterruptible power supply systems, power supply systems, etc.

Известен векторный способ управления трехфазным статическим преобразователем [Патент РФ № 2207698, Н02М 7/72, Н02Р 9/42, 21/00. Векторный способ управления четырехквадрантым инвертором напряжения в составе системы генерирования электрической энергии переменного тока. / С.А.Харитонов, А.А.Стенников. - опубл. 27.06.2003. - бюл № 18], состоящий в том, что измеряют напряжение и мощность синхронного генератора, напряжение сети и напряжение на фильтровом конденсаторе звена постоянного тока, преобразуют напряжение синхронного генератора и напряжение сети из трехфазной abc-системы координат в двухфазную α,β-систему координат, для двухфазной системы координат формируют сигнал задания на нулевой фазный угол выходного тока для каждой выходной фазы преобразователя синфазно с напряжением соответствующей фазы сети и сигнал задания на выходную мощность статического преобразователя, причем сигнал задания на мощность на 90° опережает сигнал задания на нулевой фазный угол выходного тока, α- и β-составляющие сигнала задания на нулевой фазный угол выходного тока формируют пропорционально α- и β-составляющим преобразованным фазным напряжениям сети, α-составляющую сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя формируют как произведение β-составляющей напряжения сети и сигнала, формируемого как разность сигнала, пропорционального мощности, отдаваемой генератором, и сигнала, определяемого как разность сигнала задания на напряжение на фильтровом конденсаторе и сигнала обратной связи напряжения на фильтровом конденсаторе, β-составляющую сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя формируют как произведение α-составляющей напряжения сети, взятой с обратным знаком, и сигнала, формируемого как разность сигнала, пропорционального мощности, отдаваемой генератором, и сигнала, определяемого как разность сигнала задания на напряжение на фильтровом конденсаторе и сигнала обратной связи напряжения на фильтровом конденсаторе, формируют α- и β-составляющие регулирующего сигнала суммированием соответственно α- или β-составляющих сигнала задания на нулевой фазный угол выходного тока и сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя, формируют модулирующий сигнал инвертором путем преобразования α- и β-составляющих регулирующего сигнала из двухфазной α, β-системы координат в трехфазную abc-систему координат.There is a vector method for controlling a three-phase static converter [RF Patent No. 2207698, Н02М 7/72, Н02Р 9/42, 21/00. Vector way to control a quadrant voltage inverter as part of an alternating current electric power generation system. / S.A. Kharitonov, A.A. Stennikov. - publ. 06/27/2003. - Bulletin No. 18], which measures the voltage and power of the synchronous generator, the network voltage and the voltage at the filter capacitor of the DC link, converts the voltage of the synchronous generator and network voltage from a three-phase abc coordinate system to a two-phase α, β coordinate system , for a two-phase coordinate system, a reference signal is generated for the zero phase angle of the output current for each output phase of the converter in phase with the voltage of the corresponding network phase and a reference signal for the static output power converter, and the power reference signal is 90 ° ahead of the reference signal at the zero phase angle of the output current, the α and β components of the reference signal at the zero phase angle of the output current are formed proportionally to the α and β components of the converted phase network voltages, the α component the signal of the task for the output power of the static converter is formed as the product of the β-component of the mains voltage and the signal generated as the difference of the signal proportional to the power supplied by the generator and the signal is determined much like the difference between the voltage reference signal at the filter capacitor and the voltage feedback signal at the filter capacitor, the β-component of the reference signal to the output power of the static converter is formed as the product of the α-component of the mains voltage taken with the opposite sign and the signal generated as the signal difference proportional to the power supplied by the generator, and a signal defined as the difference between the voltage reference signal at the filter capacitor and the voltage feedback signal at filter capacitor, form the α- and β-components of the control signal by summing respectively the α- or β-components of the reference signal to the zero phase angle of the output current and the reference signal to the output power of the static converter, form a modulating signal with an inverter by converting the α- and β-components of the control signal from a two-phase α, β-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system.

Этот способ реализуется при симметричной системе напряжений сети и учитывает только прямую последовательность трехфазной системы сетевых напряжений. Кроме того, преобразование в α,β-систему координат, где составляющие представляют собой синусоидальные сигналы, не позволяет реализовать высокую точность регулирования из-за конечности коэффициентов усиления соответствующих контуров регулирования.This method is implemented with a symmetrical network voltage system and takes into account only the direct sequence of the three-phase network voltage system. In addition, the conversion to the α, β-coordinate system, where the components are sinusoidal signals, does not allow for high control accuracy due to the finiteness of the gain of the respective control loops.

Известен векторный способ управления преобразователем [Патент РФ № 2144729, Н02М 5/27, G05F 1/40. Векторный способ управления преобразователем. / С.А.Харитонов, Машинский В.В. - опубл. 20.01.2000. - бюл № 2], который является прототипом предлагаемого изобретения и заключается в том, что измеряют мгновенные значения трехфазной выходной величины, инвертора, напряжения или тока, выделяют нулевую последовательность трехфазного выходного напряжения инвертора, преобразуют величины из трехфазной abc-системы координат в двухфазную α,β-систему координат, для двухфазной системы координат и нулевой последовательности формируют эталонные сигналы, формируют сигналы сравнения путем вычитания α, β-составляющих и нулевой последовательности напряжения трехфазного выходного напряжения инвертора из соответствующих эталонных сигналов, пропорционально результатам сравнения формируют соответствующие регулирующие сигналы, которые преобразуют из двухфазной системы α, β-координат в трехфазную abc-систему координат, формируют трехфазный модулирующий сигнал суммированием преобразованных α- и β-составляющих регулирующих сигналов и регулирующего сигнала нулевой последовательности.The vector method of controlling the converter is known [RF Patent No. 2144729, Н02М 5/27, G05F 1/40. Vector way to control the converter. / S.A. Kharitonov, Mashinsky V.V. - publ. 01/20/2000. - Bulletin No. 2], which is the prototype of the present invention and consists in measuring the instantaneous values of a three-phase output value, inverter, voltage or current, isolating the zero sequence of a three-phase output voltage of the inverter, converting the values from a three-phase abc coordinate system to a two-phase α, β-coordinate system, for a two-phase coordinate system and zero sequence, reference signals are generated, comparison signals are generated by subtracting α, β-components and the zero sequence by the voltage of the three-phase output voltage of the inverter from the corresponding reference signals, proportionally to the comparison results form the corresponding control signals, which convert from the two-phase system of α, β-coordinates into a three-phase abc-coordinate system, form a three-phase modulating signal by summing the converted α- and β-components of the control signals and zero sequence control signal.

Этот способ не регулирует обратную последовательность трехфазной системы выходных напряжений, возникающую при несимметричной нагрузке. Используемое преобразование в α,β-систему координат, где составляющие представляют собой синусоидальные сигналы, не позволяет реализовать высокую точность регулирования из-за конечности коэффициентов усиления соответствующих статических контуров регулирования по α- и β-составляющим и нулевой последовательности. В результате при несимметричной нагрузке выходное напряжение преобразователя при реализации данного способа будет несимметричным.This method does not regulate the reverse sequence of the three-phase system of output voltages that occurs with an asymmetric load. The conversion to the α, β coordinate system used, where the components are sinusoidal signals, does not allow for high control accuracy due to the finiteness of the gain of the corresponding static control loops in the α and β components and the zero sequence. As a result, with an asymmetric load, the output voltage of the converter during the implementation of this method will be asymmetric.

Задача изобретения заключаются в формировании симметричной трехфазной выходной величины, напряжения или тока, при несимметричной нагрузке.The objective of the invention is to form a symmetric three-phase output quantity, voltage or current, with an asymmetric load.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления трехфазным преобразователем, заключающемся в том, что измеряют мгновенные значения трехфазной выходной величины преобразователя, напряжения или тока, выделяют нулевую последовательность выходной величины, преобразуют величины из трехфазной abc-системы координат в двухфазную систему координат, для двухфазной системы координат формируют эталонные сигналы, формируют сигналы сравнения, пропорционально результатам сравнения формируют регулирующие сигналы, которые преобразуют из двухфазной системы координат в трехфазную abc-систему координат, формируют трехфазный модулирующий сигнал преобразователя, по выделенному сигналу нулевой последовательности формируют ортогональный ему сигнал и принимают его в качестве второй составляющей двухфазной системы координат нулевой последовательности, выделяют из трехфазной выходной величины преобразователя прямую и обратную последовательности, прямую, обратную и нулевую последовательности преобразуют во вращающуюся dq-систему координат, эталонный сигнал для d-составляющей прямой последовательности формируют соответственно номинальному значению выходной величины, эталонные сигналы для остальных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей формируют нулевыми, указанные сигналы сравнения формируют для каждой составляющей прямой, обратной и нулевой последовательностей путем интегрирования разностей соответствующих эталонных сигналов и d- и q-составляющих последовательностей, и указанный модулирующий сигнал формируют суммированием преобразованных регулирующих сигналов прямой, обратной и нулевой последовательностей в abc-системе координат.The problem is achieved in that in the known method of controlling a three-phase converter, which consists in measuring the instantaneous values of a three-phase output quantity of a converter, voltage or current, isolating a zero sequence of an output quantity, converting values from a three-phase abc coordinate system to a two-phase coordinate system, for two-phase coordinate systems form reference signals, form comparison signals, in proportion to the comparison results form regulatory signals that they transform from a two-phase coordinate system into a three-phase abc-coordinate system, form a three-phase modulating signal of the converter, form an orthogonal signal from the selected zero-sequence signal and take it as the second component of the two-phase coordinate system of the zero sequence, extract the direct and reverse sequences from the three-phase output value of the converter , the direct, reverse and zero sequences are converted into a rotating dq-coordinate system, the reference signal is I of the d-component of the direct sequence is formed according to the nominal value of the output quantity, the reference signals for the remaining components of the direct, reverse and zero sequences are formed by zero, these comparison signals are formed for each component of the direct, reverse and zero sequences by integrating the differences of the corresponding reference signals and d- and q-component sequences, and the specified modulating signal is formed by summing the converted control signal positive, negative and zero sequence in the abc-system coordinates.

На чертеже приведена одна из возможных структурных схем, реализующих предлагаемый способ при стабилизации выходного напряжения преобразователя. Она содержит систему импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1), выходы которой соединены с силовой схемой статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2). Силовая схема преобразователя соединена также с первичным источником электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3). Выход силовой схемы статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2) через выходной фильтр Ф (блок 4) соединен с несимметричной нагрузкой Н (блок 5). Одновременно выход преобразователя соединен с входами схем выделения нулевой Z (блок 6), обратной N (блок 7) и прямой Р (блок 8) последовательностей выходного напряжения. Выход схемы выделения нулевой последовательности Z (блок 6) через схему формирования ортогональной составляющей Δφ (блок 9) и непосредственно соединен с входами преобразователя координат ПК2 (блок 10). Выходы схем выделения обратной N (блок 7) и прямой Р (блок 8) последовательностей через соответствующие преобразователи координат ПК1 (блоки 11 и 12) соединены с входом преобразователей координат ПК2 для обратной (блок 13) и прямой (блок 14) последовательностей. Выходы преобразователей координат ПК2 нулевой последовательности (блок 10), обратной последовательности (блок 13) и прямой последовательности (блок 14) соединены с соответствующими входами схем вычитания d- и q-составляющих нулевой последовательности (блоки 15 и 16), обратной последовательности (блоки 17 и 18) и прямой последовательности (блоки 19 и 20). Вторые входы указанных схем вычитания последовательностей соединены с выходами схем формирования эталонных сигналов d- и q-составляющих нулевой последовательности

Figure 00000001
и
Figure 00000001
(блоки 21 и 22), обратной последовательности
Figure 00000002
и
Figure 00000002
(блоки 23 и 24) и прямой последовательности
Figure 00000003
и
Figure 00000003
(блоки 25 и 26). Выходы соответствующих схем вычитания соединены с входами интеграторов d- и q-составляющих нулевой последовательности
Figure 00000004
и
Figure 00000005
(блоки 27 и 28), обратной последовательности
Figure 00000006
и
Figure 00000007
(блоки 29 и 30) и прямой последовательности
Figure 00000008
и
Figure 00000009
(блоки 31 и 32). Выходы интеграторов d- и q-составляющих каждой последовательности через пропорциональные звенья (блоки 33, …, 38) соединены с входами схем обратного преобразования координат ПК-1 для нулевой последовательности (блок 39), обратной последовательности (блок 40) и прямой последовательности (блок 41). Выходы схем обратного преобразования координат ПК-1 нулевой, обратной и прямой последовательностей пофазно соединены с входами сумматоров (блоки 42, 43 и 44). Выходы сумматоров (блоки 42, 43 и 44) соединены с входами системы импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1).The drawing shows one of the possible structural schemes that implement the proposed method for stabilizing the output voltage of the Converter. It contains a SIPU pulse-phase control system (block 1), the outputs of which are connected to the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2). The power circuit of the converter is also connected to the primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3). The output of the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2) through the output filter Ф (block 4) is connected to the unbalanced load N (block 5). At the same time, the output of the converter is connected to the inputs of the allocation circuits of zero Z (block 6), reverse N (block 7) and direct P (block 8) of the output voltage sequences. The output of the zero sequence allocation circuit Z (block 6) through the orthogonal component formation circuit Δφ (block 9) and is directly connected to the inputs of the coordinate transformer PK2 (block 10). The outputs of the circuits for extracting the reverse N (block 7) and direct P (block 8) sequences through the corresponding coordinate converters PK1 (blocks 11 and 12) are connected to the input of the coordinate converters PK2 for the reverse (block 13) and direct (block 14) sequences. The outputs of the coordinate converters PK2 of the zero sequence (block 10), the negative sequence (block 13) and the direct sequence (block 14) are connected to the corresponding inputs of the subtraction schemes of the d- and q-components of the zero sequence (blocks 15 and 16), the negative sequence (blocks 17 and 18) and direct sequence (blocks 19 and 20). The second inputs of the indicated schemes for subtracting sequences are connected to the outputs of the schemes for the formation of reference signals of d- and q-components of the zero sequence
Figure 00000001
and
Figure 00000001
(blocks 21 and 22), reverse sequence
Figure 00000002
and
Figure 00000002
(blocks 23 and 24) and direct sequence
Figure 00000003
and
Figure 00000003
(blocks 25 and 26). The outputs of the corresponding subtraction schemes are connected to the inputs of the integrators of the d- and q-components of the zero sequence
Figure 00000004
and
Figure 00000005
(blocks 27 and 28), reverse sequence
Figure 00000006
and
Figure 00000007
(blocks 29 and 30) and direct sequence
Figure 00000008
and
Figure 00000009
(blocks 31 and 32). The outputs of the integrators of the d- and q-components of each sequence through proportional links (blocks 33, ..., 38) are connected to the inputs of the inverse coordinate transformation circuits PC -1 for the zero sequence (block 39), the reverse sequence (block 40) and the direct sequence (block 41). The outputs of the schemes of the inverse transformation of coordinates PC -1 of zero, reverse, and forward sequences are phase-connected to the inputs of the adders (blocks 42, 43, and 44). The outputs of the adders (blocks 42, 43 and 44) are connected to the inputs of the pulse-phase control system SIFU (block 1).

Система импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1) представляет собой стандартную систему управления, реализующую вертикальный принцип управления (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980). Силовая схема статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2) - автономный инвертор напряжения на полностью управляемых ключах (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980); первичный источник электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3) - аккумуляторная батарея; выходной фильтр Ф (блок 4) - низкочастотный фильтр, подавляющий высокочастотные составляющие спектра выходной величины, например, однозвенный LC-фильтр; несимметричная нагрузка Н (блок 5) - параллельное или последовательное включение резистора и дросселя.The SIFU pulse-phase control system (block 1) is a standard control system that implements the vertical control principle (see BC Rudenko, V. I. Senko, I. M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M.: Higher school, 1980). The power circuit of a static frequency inverter (block 2) is an autonomous voltage inverter using fully controllable switches (see BC Rudenko, V. I. Senko, I. M. Chizhenko. Fundamentals of converter technology. - M.: Higher school, 1980) ; primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3) - battery; output filter F (block 4) is a low-pass filter that suppresses the high-frequency components of the spectrum of the output value, for example, a single-link LC filter; unbalanced load N (block 5) - parallel or series connection of the resistor and inductor.

Схемы выделения нулевой Z (блок 6), обратной N (блок 7) и прямой Р (блок 8) последовательностей выходного напряжения реализуют известное из теоретических основ электротехники разложение несимметричных трехфазных систем на симметричные составляющие (см. Л.Р.Нейман, К.С.Демирчян. Теоретические основы электротехники: Учебник для вузов. - Том 1. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981) и могут представлять собой формирователи однофазной (блок 6) и трехфазных симметричных (блоки 7 и 8) синусоидальных сигналов, амплитуды которых определяются известными соотношениямиThe schemes for isolating zero Z (block 6), reverse N (block 7) and direct P (block 8) of the output voltage sequences realize the decomposition of asymmetric three-phase systems into symmetrical components, known from the theoretical foundations of electrical engineering (see L.R. Neumann, K.S. . Demirchyan. Theoretical Foundations of Electrical Engineering: A Textbook for High Schools. - Volume 1. - L .: Energy Publishing House. Leningrad Department, 1981) and can be single-phase (block 6) and three-phase symmetric (blocks 7 and 8) sinusoidal shapers whose amplitudes are determined by known elations

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
- комплексные амплитуды фаз выходных несимметричных напряжений;
Figure 00000014
- комплексный множитель, обеспечивающий смещение фазы сигнала на
Figure 00000015
|…| - модуль комплексного числа.Where
Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
- complex phase amplitudes of output unbalanced voltages;
Figure 00000014
- a complex factor that provides a phase shift of the signal by
Figure 00000015
| ... | is the module of a complex number.

Схема формирования ортогональной составляющей Δφ (блок 9) может представлять собой фазосдвигающую цепь на 90° на постоянной частоте Ω с нормированием амплитуды смещенного по фазе сигнала (см. Теория автоматического управления. Ч1. Теория линейных систем автоматического управления. /Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977) или цифровой фильтр (см. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер. - 2006. - 751 с.). Преобразователи координат ПК1 (блоки 11 и 12) реализуют известное преобразования Кларке (см. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) из трехфазной abc системы координат в двухфазную ортогональную αβ-систему координат и могут представлять собой схемы суммирования и вычитания аналоговых сигналов на операционных усилителях (см. Теория автоматического управления. Ч1. Теория линейных систем автоматического управления. /Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977). Преобразователи координат ПК2 для нулевой (блок 10), обратной (блок 13) и прямой (блок 14) последовательностей реализуют преобразование Парка сигналов из αβ-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω dq-систему координат (см. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и могут представлять собой умножители аналоговых сигналов (см. Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.). Схемы вычитания нулевой последовательности (блоки 15 и 16), обратной последовательности (блоки 17 и 18) и прямой последовательности (блоки 19 и 20), интеграторы (блоки 27, …, 32), пропорциональные звенья (блоки 33, …, 38) и сумматоры (блоки 42, …, 44) представляют собой типовые элементарные звенья, известные из теории автоматического регулирования (см. Теория автоматического управления. 41. Теория линейных систем автоматического управления. /Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977). Схемы формирования эталонных сигналов (блоки 21, …, 26) - параметрические стабилизаторы напряжения (см. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986). Схемы обратного преобразования координат ПК-1 реализует преобразование из вращающейся двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат (см. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и могут представлять собой умножители аналоговых сигналов (см. Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.).The scheme for the formation of the orthogonal component Δφ (block 9) can be a 90 ° phase-shifting circuit at a constant frequency Ω with normalization of the amplitude of the phase-shifted signal (see. Theory of automatic control. Part 1. Theory of linear systems of automatic control. / Ed. A.A . Voronova. Textbook for universities. - M .: Higher school, 1977) or a digital filter (see Sergienko AB Digital signal processing. - St. Petersburg: Peter. - 2006. - 751 p.). Coordinate converters PK1 (blocks 11 and 12) implement the well-known Clarke transforms (see Vazhnov A.I. Transients in AC machines. - L .: Energy, Leningrad. Department, 1980) from a three-phase abc coordinate system to a two-phase orthogonal αβ coordinate system and can be a scheme of summing and subtracting analog signals on operational amplifiers (see. Theory of automatic control. Part 1. Theory of linear systems of automatic control. / Ed. by A.A. Voronov. Textbook for universities. - M .: High school, 1977). The coordinate converters PK2 for the zero (block 10), reverse (block 13), and direct (block 14) sequences realize the transformation of the Signal Park from the αβ coordinate system into a dq coordinate system rotating at a constant frequency Ω (see Vazhnov A.I. Transient processes in AC machines. - L.: Energy, Leningrad. Department, 1980) and can be analog signal multipliers (see Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M .: Radio and communications. - 1982. - 112 p.). Subtraction schemes for the zero sequence (blocks 15 and 16), the reverse sequence (blocks 17 and 18) and the direct sequence (blocks 19 and 20), integrators (blocks 27, ..., 32), proportional links (blocks 33, ..., 38) and adders (blocks 42, ..., 44) are typical elementary units known from the theory of automatic control (see. Theory of automatic control. 41. Theory of linear systems of automatic control. / Under the editorship of A.A. Voronov. Textbook for universities . - M.: Higher School, 1977). Schemes of the formation of reference signals (blocks 21, ..., 26) are parametric voltage stabilizers (see Sources of power supply of electronic equipment: Reference / Edited by G.S. Naivelt. - M .: Radio and communication, 1986). Inverse coordinate transformation schemes PC -1 implements a transformation from a rotating two-phase dq-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system (see Vazhnov A.I. Transients in AC machines. - L.: Energy, Leningrad. Department, 1980 ) and can be analog signal multipliers (see Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M.: Radio and communications. - 1982. - 112 p. )

Способ осуществляется следующим образом. Несимметричное трехфазное напряжение нагрузки Н (блок 5) поступает на схемы выделения нулевой Z (блок 6), обратной N (блок 7) и прямой Р (блок 8) последовательностей выходного напряжения. На выходах этих схем формируются переменные напряжения основной частоты Ω однофазное (блок 6) и трехфазные (блоки 7 и 8) определенной амплитуды, в соответствие с выражениями (1). Схема формирования ортогональной составляющей Δφ (блок 9) смещает фазу входного сигнала на 90° и нормирует амплитуду выходного сигнала, делая ее равной амплитуде входного сигнала. Выходной сигнал схемы выделения нулевой последовательности Z (блок 6) принимается в качестве α-составляющей нулевой последовательности, а выходной сигнал схемы формирования ортогональной составляющей Δφ (блок 9) - в качестве β-составляющей нулевой последовательности. Преобразователи координат ПК1 обратной (блок 11) и прямой (блок 12) последовательностей формируют α- и β-составляющие обратной и прямой последовательностей. По этим α- и β-составляющим для нулевой, обратной и прямой последовательностей в преобразователях координат ПК2 определяется собственный фазовый угол φi, с использованием которого на выходах преобразователей координат ПК2 формируются d- и q-составляющие нулевой (блок 10), и симметричных обратной (блок 13) и прямой (блок 14) последовательностей, представляющие собой напряжения постоянного тока. На выходах схем вычитания (блоки 15, …, 20) формируется разность соответствующих эталонных сигналов (напряжения постоянного тока) и d- и q-составляющих нулевой (блоки 15, 16), обратной (блоки 17, 18) и прямой (блоки 19, 20) последовательностей (напряжения постоянного тока). Эти разности интегрируются (блоки 27, …, 32), и на выходах соответствующих интеграторов формируются сигналы сравнения d- и q-составляющих нулевой (блоки 27, 28), обратной (блоки 29, 30) и прямой (блоки 31, 32) последовательностей, которые масштабируются линейными звеньями (блоки 33, …, 38). Сформированные на выходах линейных звеньев регулирующие сигналы по каждой последовательности (блоки 33, …, 38) преобразуются схемами обратного преобразования координат ПК-1 (блоки 39, 40, 41) из dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат. Выходные напряжения схем обратного преобразования координат ПК-1 (блоки 39, 40, 41) пофазно суммируются в сумматорах (блоки 42, 43, 44), на выходе которых формируются модулирующие сигналы для системы импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1). По этим модулирующим сигналам система импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1) вырабатывает импульсы управления, которые поступают на управляемые ключи силовой схемы статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2). Ключи силовой переключаются в соответствие с изменением модулирующих сигналов, и тем самым реализуется преобразование электрической энергии первичного источника электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3) в трехфазное напряжение заданной частоты и величины. Выходной фильтр Ф (блок 4) значительно снижает в спектре выходного напряжения высокочастотные составляющие, приближая форму выходного напряжения к синусоидальной.The method is as follows. The asymmetric three-phase load voltage N (block 5) is supplied to the allocation circuits of zero Z (block 6), reverse N (block 7) and direct P (block 8) of the output voltage sequences. At the outputs of these circuits, alternating voltages of the fundamental frequency Ω are formed: single-phase (block 6) and three-phase (blocks 7 and 8) of a certain amplitude, in accordance with expressions (1). The circuit for the formation of the orthogonal component Δφ (block 9) shifts the phase of the input signal by 90 ° and normalizes the amplitude of the output signal, making it equal to the amplitude of the input signal. The output signal of the zero sequence extraction circuit Z (block 6) is adopted as the α-component of the zero sequence, and the output signal of the formation circuit of the orthogonal component Δφ (block 9) as the β-component of the zero sequence. The coordinate converters PK1 of the reverse (block 11) and direct (block 12) sequences form the α- and β-components of the reverse and direct sequences. From these α- and β-components for the zero, reverse and direct sequences in the coordinate converters PK2, the own phase angle φ i is determined, using which the d- and q-components of zero (block 10) and symmetric inverse are formed at the outputs of the coordinate converters PK2 (block 13) and direct (block 14) sequences, which are DC voltages. At the outputs of the subtraction schemes (blocks 15, ..., 20), the difference between the corresponding reference signals (DC voltage) and the d- and q-components is formed of zero (blocks 15, 16), reverse (blocks 17, 18) and direct (blocks 19, 20) sequences (DC voltage). These differences are integrated (blocks 27, ..., 32), and at the outputs of the corresponding integrators, signals are generated for comparing the d and q components of the zero (blocks 27, 28), reverse (blocks 29, 30) and direct (blocks 31, 32) sequences which are scaled by linear links (blocks 33, ..., 38). The control signals generated at the outputs of the linear links for each sequence (blocks 33, ..., 38) are converted by inverse coordinate schemes PC -1 (blocks 39, 40, 41) from the dq coordinate system to a three-phase abc coordinate system. The output voltages of the inverse coordinate transformation circuits PC -1 (blocks 39, 40, 41) are phase-summed in the adders (blocks 42, 43, 44), at the output of which modulating signals are generated for the SIFU pulse-phase control system (block 1). Based on these modulating signals, the SIFU pulse-phase control system (block 1) generates control pulses that are supplied to the controlled keys of the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2). The power keys are switched in accordance with the change in the modulating signals, and thereby the conversion of the electric energy of the primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3) into a three-phase voltage of a given frequency and magnitude is realized. The output filter F (block 4) significantly reduces the high-frequency components in the spectrum of the output voltage, approximating the shape of the output voltage to a sinusoidal one.

Формирование симметричного трехфазного выходного напряжения при несимметричной нагрузке достигается за счет того, что при преобразовании сигналов из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся dq-систему координат выделенных симметричных напряжений d- и q-составляющие каждой последовательности представляют собой напряжения постоянного тока, и при интегрировании соответствующих разностных сигналов постоянного тока в установившемся режиме и в линейном диапазоне работы всех элементов системы управления реализуется астатизм нулевого порядка при регулировании по каждой составляющей. При этом выполняются соотношенияThe formation of a symmetric three-phase output voltage under an unbalanced load is achieved due to the fact that when converting signals from a three-phase abc coordinate system to a rotating dq coordinate system of the selected symmetrical voltages, the d- and q-components of each sequence are DC voltages, and when integrating the corresponding difference DC signals in steady state and in the linear range of operation of all elements of the control system, astatism is realized zero th order in the regulation of each component. In this case, the relations

Figure 00000016
Figure 00000016

где - эталонный сигнал для d(q)-составляющей одной из последовательностей;

Figure 00000018
- d(q)-составляющая одной из последовательностей; i=Z, N, P - нулевая, обратная или прямая последовательность.Where - a reference signal for the d (q) component of one of the sequences;
Figure 00000018
- d (q) is a component of one of the sequences; i = Z, N, P - zero, reverse or direct sequence.

Если эталонные сигналы d- и q-составляющих нулевой и обратной и q-составляющей прямой последовательностей формировать нулевыми, а эталонный сигнал d-составляющей прямой последовательности формировать соответственно номинальному значению выходного напряжения, то согласно выражениям (2) выходное напряжение будет представлять собой прямую последовательность с заданным значением амплитуды. Амплитуды обратной и нулевой последовательностей будут нулевыми. Таким образом, выходное напряжение будет представлять собой трехфазное, симметричное напряжение при несимметричной нагрузке.If the reference signals of the d- and q-components of the zero and reverse and q-component of the direct sequence are formed as zero, and the reference signal of the d-component of the direct sequence is formed according to the nominal value of the output voltage, then according to expressions (2), the output voltage will be a direct sequence with specified value of the amplitude. The amplitudes of the reverse and zero sequences will be zero. Thus, the output voltage will be a three-phase, symmetrical voltage with an unbalanced load.

Claims (1)

Векторный способ управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке, состоящий в том, что измеряют мгновенные значения трехфазной выходной величины преобразователя, напряжения или тока, выделяют нулевую последовательность выходной величины, преобразуют величины из трехфазной abc-системы координат в двухфазную систему координат, для двухфазной системы координат формируют эталонные сигналы, формируют сигналы сравнения, пропорционально результатам сравнения формируют регулирующие сигналы, которые преобразуют из двухфазной системы координат в трехфазную abc-систему координат, формируют трехфазный модулирующий сигнал преобразователя, отличающийся тем, что по выделенному сигналу нулевой последовательности формируют ортогональный ему сигнал и принимают его в качестве второй составляющей двухфазной системы координат нулевой последовательности, выделяют из трехфазной выходной величины преобразователя прямую и обратную последовательности, прямую, обратную и нулевую последовательности преобразуют во вращающуюся dq-систему координат, эталонный сигнал для d-составляющей прямой последовательности формируют соответственно номинальному значению выходной величины, эталонные сигналы для остальных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей формируют нулевыми, указанные сигналы сравнения формируют для каждой составляющей прямой, обратной и нулевой последовательностей путем интегрирования разностей соответствующих эталонных сигналов и d- и q-составляющих последовательностей и указанный модулирующий сигнал формируют суммированием преобразованных регулирующих сигналов прямой, обратной и нулевой последовательностей в abc-системе координат. The vector way to control a three-phase static converter with an asymmetric load, which consists in measuring the instantaneous values of a three-phase output value of a converter, voltage or current, extracting a zero sequence of an output quantity, converting values from a three-phase abc coordinate system to a two-phase coordinate system, for a two-phase coordinate system form reference signals, form comparison signals, in proportion to the comparison results form regulatory signals that convert They are connected from a two-phase coordinate system to a three-phase abc-coordinate system, a three-phase modulating signal of the converter is formed, characterized in that a signal orthogonal to it is formed from the extracted zero-sequence signal and accepted as the second component of the two-phase zero-coordinate coordinate system, and the converter is isolated from the three-phase output value direct and reverse sequences, direct, reverse and zero sequences are transformed into a rotating dq-coordinate system, etal The reference signal for the d-component of the direct sequence is formed according to the nominal value of the output quantity, the reference signals for the remaining components of the forward, reverse and zero sequences are zero, these comparison signals are generated for each component of the forward, reverse and zero sequences by integrating the differences of the corresponding reference signals and d - and q-component sequences and the specified modulating signal is formed by summing the converted control direct signals, reverse and zero sequences in the abc coordinate system.
RU2008146276/09A 2008-11-24 2008-11-24 Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load RU2394346C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008146276/09A RU2394346C1 (en) 2008-11-24 2008-11-24 Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008146276/09A RU2394346C1 (en) 2008-11-24 2008-11-24 Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2394346C1 true RU2394346C1 (en) 2010-07-10

Family

ID=42684777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008146276/09A RU2394346C1 (en) 2008-11-24 2008-11-24 Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394346C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460194C1 (en) * 2011-01-12 2012-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry
RU2486531C2 (en) * 2011-07-25 2013-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Device to determine direct and reverse sequences of main and higher harmonics of signals in three-phase networks

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460194C1 (en) * 2011-01-12 2012-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry
RU2486531C2 (en) * 2011-07-25 2013-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Device to determine direct and reverse sequences of main and higher harmonics of signals in three-phase networks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Trinh et al. An enhanced grid current compensator for grid-connected distributed generation under nonlinear loads and grid voltage distortions
Rohten et al. Model predictive control for power converters in a distorted three-phase power supply
US11177660B2 (en) System and method for power converter control for virtual impedance
Rohten et al. Enhanced predictive control for a wide time-variant frequency environment
Galkin et al. Optimizing of sampling in a low-cost single-phase instantaneous AC-grid synchronization unit with discrete calculation of derivative function
CN111133670B (en) Controlling a voltage source converter in a DC system
Kumar et al. Design, analysis and implementation of electronically interfaced photovoltaic system using ARM Cortex-M4 microcontroller
RU2394346C1 (en) Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load
RU2444833C1 (en) Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load
RU2442275C1 (en) Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load
RU2475914C1 (en) Electric energy quality improvement method
GB2429306A (en) A controller for a parallel connected inverter
Sychev et al. The assessment of the series active filter efficiency in power supply systems of oil production enterprises
RU2381607C1 (en) Method to synchronise controlled static source of variable voltage and variable voltage source and switching them into parallel operation
Jung et al. Implementation of grid-connected single-phase inverter based on FPGA
Khairnar et al. Performance Analysis of Diode Clamped 3 Level MOSFET Based Inverter
RU2381609C1 (en) Method to control static stabilised dc voltage sources operating in parallel into common load
KR101732028B1 (en) Wind power generator and method for controlling a compensation of unbalance voltage in linking point of system
RU2380820C1 (en) Method for control of static stabilised ac voltage sources, working in parallel for common load
RU2256274C1 (en) Method for control of static stabilized ac voltage sources operating in parallel to common load
Carnieletto et al. Simulation and analysis of DQ frame and P+ Resonant controls for voltage source inverter to distributed generation
RU2677628C1 (en) Three-phase reactive power compensator
Joos et al. Four switch three phase active filter with reduced current sensors
RU2472269C1 (en) Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry
Kolmakov et al. Application of hysteresis voltage control for three-level neutral point clamped voltage source inverter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131125