RU2435273C1 - Method to increase efficiency of power usage (version 1) - Google Patents
Method to increase efficiency of power usage (version 1) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2435273C1 RU2435273C1 RU2010134113/07A RU2010134113A RU2435273C1 RU 2435273 C1 RU2435273 C1 RU 2435273C1 RU 2010134113/07 A RU2010134113/07 A RU 2010134113/07A RU 2010134113 A RU2010134113 A RU 2010134113A RU 2435273 C1 RU2435273 C1 RU 2435273C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- generated
- energy
- extracted
- power system
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Description
Способ относится к электротехнике и может быть использован для повышения эффективности использования электроэнергии, посредством снижения в потоке мощности энергосистемы непроизводительных потерь.The method relates to electrical engineering and can be used to increase the efficiency of electricity use, by reducing unproductive losses in the power flow of the power system.
Известен способ компенсации реактивной мощности (1), принятый в качестве аналога, при осуществлении которого индуктивная составляющая тока, генерируемая нелинейной нагрузкой, компенсируется емкостным током батарей конденсаторов (БК). Известный способ-аналог обладает недостатками, главными из которых являются зависимость реактивной мощности, генерируемой БК от напряжения и их чувствительность к искажениям формы питающего напряжения. При этом имеет место малый срок службы БК и их недостаточная электрическая прочность.A known method of reactive power compensation (1), adopted as an analogue, in which the inductive component of the current generated by the non-linear load is compensated by the capacitive current of capacitor banks (BC). The known analogue method has disadvantages, the main of which are the dependence of the reactive power generated by the BC from the voltage and their sensitivity to distortions in the shape of the supply voltage. In this case, there is a short service life of the battery and their insufficient electrical strength.
Известен способ (2), принятый в качестве прототипа, при осуществлении которого из потока мощности, отбираемого неактивной нагрузкой, извлекают часть энергии, обуславливающую ее непроизводительные потери, и после преобразования в гармонику основной частоты, возвращают в энергосистему. В известном способе не предусмотрена компенсация реактивной «мощности», и, таким образом, имеют место непроизводительные потери энергии, обусловленные реактивными токами.The known method (2), adopted as a prototype, in which a part of the energy that causes its unproductive losses is extracted from the power flow taken by an inactive load, and after conversion to the harmonic of the fundamental frequency, it is returned to the power system. In the known method, compensation for reactive “power” is not provided, and thus, unproductive energy losses due to reactive currents occur.
Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности использования электроэнергии.The problem solved by the invention is to increase the efficiency of electricity use.
Это достигается тем, что согласно предложенному способу, из потока мощности, отбираемого активно-индуктивной нагрузкой, извлекают его индуктивную составляющую, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяются по закону изменения огибающей индуктивной составляющей тока, и, после ее преобразования, возвращают в энергосистему в виде активной энергии посредством тока основной частоты.This is achieved by the fact that according to the proposed method, the inductive component is extracted from the power flux selected by the active-inductive load, in the form of an equivalent energy sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses, the duration of which varies according to the law of the envelope of the inductive component of the current, and, after its conversion, they are returned to the power system in the form of active energy by means of a current of fundamental frequency.
На чертеже представлена схема, поясняющая сущность заявленного способа. При этом введены следующие обозначения.The drawing shows a diagram explaining the essence of the claimed method. The following notation is introduced.
1 - энергосистема1 - power system
2 - датчик тока нагрузки2 - load current sensor
3 - полностью управляемый транзисторный ШИМ-выпрямитель3 - fully controlled transistor PWM rectifier
4 - емкостный накопитель4 - capacitive storage
5 - управляемый преобразователь мощности5 - controlled power converter
6 - датчик питающего напряжения6 - voltage sensor
7 - нелинейная нагрузка7 - nonlinear load
8 - блок формирования логического сигнала8 - block generating a logical signal
9 - блок формирования модулирующего сигнала9 - block generating a modulating signal
Суть способа заключается в следующем. Как известно, в энергосети, при питании от нее активно-индуктивных нагрузок, в течение четверти периода знак мгновенной мощности изменяется на противоположный. Это связано с тем, что часть энергии, запасенная в магнитном поле реактивной нагрузки, возвращается назад в источник в виде реактивного тока. В этом случае, протекание реактивного тока обеспечивается ЭДС самоиндукции. При этом знаки питающего напряжения и ЭДС самоиндукции, как известно, противоположны. Отрицательный эффект, связанный с реактивными токами заключается в дополнительных непроизводительных потерях энергии в энергосистеме. В заявленном способе, задача повышения эффективности использования электроэнергии решается путем снижения ее непроизводительных потерь. При этом предлагается извлекать из потока энергии, используемого активно-индуктивной нагрузкой, - индуктивную составляющую, и после ее накопления и преобразования в ток основной частоты, возвращать в энергосистему в виде активной энергии. Задача извлечения индуктивной составляющей решается посредством полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя, построенного на IGBT модулях. Протекание индуктивной составляющей тока через каждое из плеч полностью управляемого транзисторного выпрямителя, обеспечивается, в каждый полупериод питающего напряжения, действием ЭДС самоиндукции. При этом транзисторы каждого из плеч управляемого моста, открываются на время, в течение которого в энергосистеме протекает индуктивная составляющая тока, и как уже было сказано, ее протекание обеспечивается действием ЭДС самоиндукции. Управление транзисторами осуществляют посредством модулирующего сигнала с заданными характеристиками. Использование IGBT-транзисторов, при выпрямлении тока, позволяет использовать их управляющие свойства относительно токов. При этом осуществляется избирательное выпрямление только той составляющей тока, которая задается сигналом управления. На выходе управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя, присутствует последовательность однополярных периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов, энергия которых, за период их повторения, эквивалентна энергии, извлекаемой из энергосистемы индуктивной составляющей тока, а длительность, которых изменяются по закону изменения ее огибающей. Далее, извлеченная энергия накапливается в емкостном накопителе, и после преобразования посредством дополнительного источника мощности, в качестве которого предлагается использовать ШИМ-инвертор, возвращается в энергосистему в виде активной энергии, посредством тока основной частоты. При этом контур, в котором замыкается реактивная составляющая тока, генерируемого нагрузкой, ограничивается точкой подсоединения устройства, обеспечивающего его извлечение. Таким образом, энергосистема разгружается от индуктивной составляющей тока.The essence of the method is as follows. As you know, in a power grid, when active-inductive loads are supplied from it, during a quarter of a period the sign of instantaneous power changes to the opposite. This is due to the fact that part of the energy stored in the magnetic field of the reactive load returns back to the source in the form of reactive current. In this case, the flow of reactive current is provided by the self-induction EMF. In this case, the signs of the supply voltage and EMF of self-induction, as is known, are opposite. The negative effect associated with reactive currents is the additional unproductive loss of energy in the power system. In the claimed method, the task of increasing the efficiency of energy use is solved by reducing its unproductive losses. At the same time, it is proposed to extract from the flow of energy used by the active-inductive load, the inductive component, and after its accumulation and conversion into a current of fundamental frequency, return to the energy system in the form of active energy. The inductive component extraction problem is solved by means of a fully controlled transistor PWM rectifier built on IGBT modules. The flow of the inductive component of the current through each of the arms of a fully controlled transistor rectifier is provided, in each half-cycle of the supply voltage, by the action of the self-induction EMF. In this case, the transistors of each of the arms of the controlled bridge open for the time during which the inductive component of the current flows in the power system, and as already mentioned, its course is provided by the action of the self-induction EMF. Transistors are controlled by a modulating signal with predetermined characteristics. The use of IGBT-transistors, when rectifying the current, allows you to use their control properties relative to currents. In this case, selective rectification of only that current component is carried out, which is set by the control signal. At the output of a controlled transistor PWM rectifier, there is a sequence of unipolar periodically repeating pulse-width modulated pulses, the energy of which, for the period of their repetition, is equivalent to the energy extracted from the power system of the inductive component of the current, and the duration of which varies according to the law of variation of its envelope. Further, the extracted energy is accumulated in the capacitive storage, and after conversion by means of an additional power source, which is proposed to use a PWM inverter, it is returned to the power system in the form of active energy, by means of a fundamental frequency current. In this case, the circuit in which the reactive component of the current generated by the load is closed is limited by the connection point of the device that ensures its extraction. Thus, the power system is unloaded from the inductive component of the current.
Способ осуществляется следующим образом. Активно-индуктивная нагрузка 7, отбирает из энергосистемы вместо активной, индуктивную составляющую энергии. При этом последняя загружает энергосистему реактивным током. Посредством датчика тока 2, и датчика питающего напряжения 6, формируют пропорциональные им сигналы. При этом на выходе датчика тока 2 сигнал, пропорциональный индуктивному току, генерируемому нагрузкой 7, отстает от напряжения на некоторый угол, определяющий коэффициент мощности в энергосистеме. В блоке формирования логического сигнала 8 сравниваются знаки поступающих на его входы, с выходов датчика тока 2 и датчика питающего напряжения 6, - сигналов, и на его выходе формируется цифровая последовательность нулей и единиц, причем при совпадении знаков сигналов, пропорциональных току и напряжению, на выходе блока 8 формируется логическая единица, а в остальных случаях - логический ноль. Таким образом, логическая единица соответствует той части периода, в течение которого нагрузка 7 отбирает из энергосистемы активную мощность. Далее, сигнал с выхода блока 8 поступает на один из входов блока формирования модулирующего сигнала 9, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный току, отбираемому нагрузкой 7. Таким образом, в те моменты, в течение которых логический ноль, поступающий с выхода блока 8, совпадает на входе блока 9, с положительной полуволной, отбираемого нагрузкой 7 - тока, на выходе блока 9 формируются модулирующие импульсы напряжения, пропорциональные индуктивной составляющей тока, отбираемого нагрузкой 7, и синфазные по отношению к ней. В течение времени действия импульсов напряжения, сформированных блоком 9, на управляющих входах полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, питание последнего осуществляется за счет ЭДС самоиндукции. Таким образом, посредством управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, осуществляется извлечение индуктивной составляющей тока, отбираемого активно-индуктивной нагрузкой 7, в форме, способствующей ее накоплению. При этом на его выходе формируется последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, которая посредством емкостного накопителя 4, поступает в управляемый преобразователь мощности 5, в качестве которого используется ШИМ-инвертор. В емкостном накопителе, последовательность однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, энергия которых, за период их повторения, эквивалентна извлекаемой из энергосистемы индуктивной составляющей тока, а их длительность, изменяется по закону изменения огибающей упомянутой индуктивной составляющей, накапливается в виде энергии постоянного тока. Полученное таким образом напряжение используется для питания управляемого преобразователя мощности 5, посредством которого накопленная энергия преобразуется в энергию гармоники основной частоты и возвращается в энергосистему. При этом управление блоком 5 осуществляют сигналом, сформированным посредством питающего напряжения, задающим фазу (равную нулю по отношению к питающему напряжению) возвращаемого в энергосистему тока.The method is as follows. Active-inductive load 7, selects from the power system instead of the active, inductive component of energy. In this case, the latter loads the power system with reactive current. By means of the current sensor 2, and the sensor of the supply voltage 6, signals proportional to them are formed. At the same time, at the output of the current sensor 2, the signal proportional to the inductive current generated by the load 7 lags the voltage by a certain angle, which determines the power factor in the power system. In the block for generating a logical signal 8, the signs of the signals arriving at its inputs, from the outputs of the current sensor 2 and the sensor of the supply voltage 6, are compared, the signals are generated, and a digital sequence of zeros and ones is generated at its output, and if the signs of the signals are proportional to the current and voltage, the output of block 8 is formed by a logical unit, and in other cases, a logical zero. Thus, the logical unit corresponds to that part of the period during which the load 7 takes active power from the power system. Further, the signal from the output of block 8 is supplied to one of the inputs of the block for generating the modulating signal 9, the second input of which receives a signal proportional to the current taken by the load 7. Thus, at those moments during which a logical zero coming from the output of block 8 , coincides at the input of block 9, with a positive half-wave selected by the load 7 - current, modulating voltage pulses are generated at the output of block 9, proportional to the inductive component of the current taken by load 7, and in-phase with respect to it. During the duration of the voltage pulses generated by block 9, at the control inputs of a fully controlled transistor PWM rectifier 3, the latter is powered by self-induction EMF. Thus, by means of a controlled transistor PWM rectifier 3, the inductive component of the current selected by the active-inductive load 7 is extracted in a form that contributes to its accumulation. At the same time, at its output, a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses is formed, which, through the capacitive storage 4, enters a controllable power converter 5, which uses a PWM inverter. In a capacitive storage device, a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses, the energy of which, for the period of their repetition, is equivalent to the inductive component of the current extracted from the power system, and their duration changes according to the law of the envelope of the mentioned inductive component, is accumulated in the form of direct current energy . The voltage thus obtained is used to power a controlled power converter 5, by which the stored energy is converted into harmonic energy of the fundamental frequency and returned to the power system. In this case, the control unit 5 is carried out by a signal generated by the supply voltage, setting the phase (equal to zero in relation to the supply voltage) of the current returned to the power system.
О реализации заявленного способа необходимо отметить следующее. Использование в заявленном способе полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа, работающего в ключевом режиме на частотах, превышающих частоту модулируемого управляющего сигнала, является оптимальным. При этом полностью управляемый транзисторный ШИМ-выпрямитель позволяет произвольно, в зависимости от поставленной задачи, формировать огибающую выпрямленного тока, потребляемого из питающей сети. Помехи от работы полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя могут быть отфильтрованы посредством стандартных решений при минимальных энерго- и материальных затратах.On the implementation of the claimed method, the following should be noted. The use in the claimed method of a fully controlled PWM rectifier transistor type, operating in key mode at frequencies higher than the frequency of the modulated control signal, is optimal. In this case, a fully controllable transistor PWM rectifier allows you to arbitrarily, depending on the task, to form the envelope of the rectified current consumed from the supply network. The interference from the operation of a fully controlled transistor PWM rectifier can be filtered out using standard solutions with minimal energy and material costs.
Необходимо отметить также следующий факт. Одним из преимуществ извлечения тока заданной частоты посредством полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя является простота его перестройки при изменении текущего коэффициента мощности в энергосистеме. Для этого достаточно изменить модулирующий сигнал управления.The following fact should also be noted. One of the advantages of extracting a current of a given frequency through a fully controlled transistor PWM rectifier is the simplicity of its adjustment when the current power factor in the power system changes. To do this, just change the modulating control signal.
Таким образом, в результате последовательности действий, воспроизведенных в соответствии с заявленным способом повышения эффективности использования электроэнергии, из энергосистемы извлекается и утилизируется индуктивная составляющая тока, отбираемого активно-индуктивной нагрузкой.Thus, as a result of the sequence of actions reproduced in accordance with the claimed method of increasing energy efficiency, the inductive component of the current taken by the active-inductive load is extracted and disposed of from the power system.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Рекус Г.Г. Электрооборудование производств: Справ. пособие [Текст] / Рекус Г.Г. М.: Высш. шк., 2007, с.334.1. Rekus G.G. Electrical equipment production: Ref. allowance [Text] / Rekus G.G. M .: Higher. school., 2007, p.334.
2. Патент РФ №2237334, опубликовано: 2004.05.20.2. RF patent No. 2237334, published: 2004.05.20.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010134113/07A RU2435273C1 (en) | 2010-08-13 | 2010-08-13 | Method to increase efficiency of power usage (version 1) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010134113/07A RU2435273C1 (en) | 2010-08-13 | 2010-08-13 | Method to increase efficiency of power usage (version 1) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2435273C1 true RU2435273C1 (en) | 2011-11-27 |
Family
ID=45318328
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010134113/07A RU2435273C1 (en) | 2010-08-13 | 2010-08-13 | Method to increase efficiency of power usage (version 1) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2435273C1 (en) |
-
2010
- 2010-08-13 RU RU2010134113/07A patent/RU2435273C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | Modeling and design of series voltage compensator for reduction of DC-link capacitance in grid-tie solar inverter | |
US8493757B2 (en) | AC/DC converter with a PFC and a DC/DC converter | |
Liu et al. | Cascade dual-boost/buck active-front-end converter for intelligent universal transformer | |
US8503204B2 (en) | Power converter circuit | |
CN108616224B (en) | Boost type single-phase seven-level inverter | |
CN108599604B (en) | Single-phase seven-level inverter and PWM signal modulation method thereof | |
Xu et al. | Four-switch single-phase common-ground PV inverter with active power decoupling | |
Chen et al. | Nonlinear PWM-controlled single-phase boost mode grid-connected photovoltaic inverter with limited storage inductance current | |
Li et al. | Cascade three-level ac/ac direct converter | |
Wu et al. | Novel power electronic interface for grid-connected fuel cell power generation system | |
CN102684192A (en) | Current control method for active power filter | |
RU2435273C1 (en) | Method to increase efficiency of power usage (version 1) | |
RU2435274C1 (en) | Method to increase efficiency of power usage (version 2) | |
Faruqui et al. | Performance evaluation of Z-source inverter and voltage source inverter for renewable energy applications | |
Priandana et al. | Analysis and design of variable double-band hysteresis current controller for single-phase full-bridge bidirectional converters | |
RU2442260C1 (en) | Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 7) | |
Van et al. | Application of the Phase Shift Full Bridge Converter for the Single-Phase Full-Bridge Inverter to Improve the Output of the Renewable Energy | |
RU2435272C1 (en) | Method to increase efficiency of power usage (version 3) | |
RU2459336C2 (en) | Method to increase quality and efficiency of electric energy usage (version 1) | |
RU2442262C1 (en) | Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8) | |
RU2435276C1 (en) | Method to extract reactive component of power | |
RU2442263C1 (en) | METHOD FOR SUPPLYING POWER FROM n-PHASE POWER SUPPLY (VARIANT 2) | |
Budagavi Matam et al. | Evaluation of impedance network based 7-level switched capacitor multi level inverter for single phase grid integrated system | |
RU2436215C1 (en) | Method to increase quality and efficiency of power usage (version 2) | |
Jena et al. | A 3-Φ switched-capacitor-based multilevel inverter with reduced voltage stress and part count |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120814 |