RU2435276C1 - Method to extract reactive component of power - Google Patents

Method to extract reactive component of power Download PDF

Info

Publication number
RU2435276C1
RU2435276C1 RU2010134132/07A RU2010134132A RU2435276C1 RU 2435276 C1 RU2435276 C1 RU 2435276C1 RU 2010134132/07 A RU2010134132/07 A RU 2010134132/07A RU 2010134132 A RU2010134132 A RU 2010134132A RU 2435276 C1 RU2435276 C1 RU 2435276C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
energy
inductive
power system
component
Prior art date
Application number
RU2010134132/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владимирович Устименко (RU)
Игорь Владимирович Устименко
Original Assignee
Игорь Владимирович Устименко
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 Игорь Владимирович Устименко filed Critical Игорь Владимирович Устименко
Priority to RU2010134132/07A priority Critical patent/RU2435276C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2435276C1 publication Critical patent/RU2435276C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: from a flow of a power system power, an inductive current component of one or more fixed frequencies is extracted by means of a bridge PWM rectifier of transistor type, as an equivalent energy of sequence of unipolar periodically repeating width-modulated pulses of current, duration of which changes according to the law of variation of envelope of inductive component of current extracted from the power system.
EFFECT: improved efficiency and expansion of functional capabilities.
1 dwg

Description

Способ относится к электротехнике и может быть использован при извлечении из потока мощности энергосистемы индуктивной составляющих энергии.The method relates to electrical engineering and can be used when extracting inductive components of energy from the power flow of a power system.

Известен способ (1) повышения качества электроэнергии, принятый в качестве аналога, при осуществлении которого из потока мощности, отбираемого неактивной нагрузкой, извлекают часть энергии, обуславливающую ее непроизводительные потери. Известный способ-аналог не предусматривает извлечения из потока мощности энергосистемы его индуктивной составляющей.The known method (1) to improve the quality of electricity, adopted as an analogue, in the implementation of which from the power stream, selected by an inactive load, part of the energy that causes its unproductive losses is extracted. The known analogue method does not provide for the extraction of the inductive component from the power flow of the power system.

Известен способ извлечения, в том числе и реактивной энергии гармоник, посредством резонансных фильтров, каждый из которых настроен на гармонику строго определенной частоты, описанный в (2). Известный способ-прототип не предусматривает извлечения реактивной составляющей энергии в виде, обеспечивающем ее дальнейшее использование.A known method of extracting, including reactive energy of harmonics, by means of resonance filters, each of which is tuned to the harmonic of a strictly defined frequency, described in (2). The known prototype method does not provide for the extraction of the reactive component of energy in a form that ensures its further use.

Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности способа извлечения индуктивной составляющей тока одной или нескольких фиксированных частот за счет расширения его функциональных возможностей. При этом предлагается извлекать индуктивную составляющую энергии способом, способствующим ее дальнейшему использованию.The problem solved by the invention is to increase the efficiency of the method of extracting the inductive component of the current of one or more fixed frequencies by expanding its functionality. At the same time, it is proposed to extract the inductive component of energy in a way that facilitates its further use.

Это достигается тем, что согласно предложенному способу из потока мощности энергосистемы индуктивную составляющую тока одной или нескольких фиксированных частот извлекают посредством мостового ШИМ-выпрямителя транзисторного типа в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения огибающей сигнала, пропорционального извлекаемому из энергосистемы току.This is achieved by the fact that according to the proposed method, the inductive component of the current of one or several fixed frequencies is extracted from the power supply of the power system by means of a bridge PWM rectifier of a transistor type in the form of an equivalent energy of a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses, the duration of which varies according to the law of the envelope signal proportional to the current extracted from the power system.

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 - блок формирования спектра группы индуктивных токов4 - block forming the spectrum of the group of inductive currents

5 - датчик питающего напряжения5 - voltage sensor

6 - нелинейная нагрузка6 - nonlinear load

7 - блок формирования логического сигнала7 - block generating a logical signal

8 - блок формирования модулирующего сигнала8 - block generating a modulating signal

9 - емкостный накопитель9 - capacitive storage

Суть способа заключается в следующем. Как известно, в энергосистеме 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, обуславливающего непроизводительные потери мощности. При этом протекание реактивного тока обеспечивается ЭДС самоиндукции.The essence of the method is as follows. As you know, in a power system when actively inductive loads are supplied from it for 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, which causes unproductive power losses. In this case, the flow of reactive current is ensured by self-induction EMF.

В заявленном способе задача повышения эффективности способа извлечения индуктивной составляющей тока одной или нескольких фиксированных частот решается посредством использования способа извлечения упомянутой индуктивной составляющей, обеспечивающего дальнейшее ее использование.In the claimed method, the task of increasing the efficiency of the method of extracting the inductive component of the current of one or more fixed frequencies is solved by using the method of extraction of the aforementioned inductive component, which ensures its further use.

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 каждом полупериоде 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. Управление транзисторами осуществляют посредством модулирующего сигнала с заданными характеристиками. Использование IGВТ-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 изменяется по закону изменения ее огибающей. Извлеченную таким образом энергию накапливают в виде энергии постоянного тока. При этом контур, в котором замыкается реактивная составляющая энергии, генерируемая нагрузкой, ограничивается точкой подсоединения устройства, обеспечивающего ее извлечение, и энергосистема, таким образом, разгружается от индуктивной составляющей тока.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-period 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 a time during which the inductive component of the current flows in the power system. Transistors are controlled by a modulating signal with predetermined characteristics. The use of IGWT transistors for rectifying current allows their control properties to be used with respect 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 the 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. The energy thus extracted is stored in the form of direct current energy. In this case, the circuit in which the reactive component of the energy generated by the load is closed is limited by the connection point of the device providing its extraction, and the power system is thus unloaded from the inductive component of the current.

Способ осуществляется следующим образом. Активно-индуктивная нагрузка 6 отбирает из энергосистемы вместе 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 в случае, если индуктивная нагрузка 6 нелинейна, на выходе датчика тока 2 формируется сигнал, пропорциональный генерируемому ей индуктивному току, основная гармоника которого формирует угол его запаздывания относительно питающего напряжения. Блоком формирования спектра группы индуктивных токов 4, в качестве которого можно использовать набор фильтров, формируется группа индуктивных токов гармоник, подлежащих извлечению из энергосистемы. При этом в указанную группу могут входить, кроме индуктивной составляющей основной гармоники, реактивные составляющие высших гармоник, которые необходимо извлечь из энергосистемы. В том случае, если нагрузка линейна, в ее токе высшие гармоники отсутствуют, и, таким образом, упомянутая группа будет содержать только индуктивную составляющую тока основной частоты. При этом блок 4 может отсутствовать. В блоке формирования логического сигнала 7 сравниваются знаки, поступающие на его входы, с выходов блока 4 и датчика питающего напряжения 5, - сигналов, и на его выходе формируется цифровая последовательность нулей и единиц, причем при совпадении знаков сигналов, пропорциональных току и напряжению, на выходе блока 7 формируется логическая единица, а в остальных случаях - логический ноль. Таким образом, логическая единица соответствует той части периода, в течение которого нагрузка 6 отбирает из энергосистемы активную мощность. Далее сигнал с выхода блока 7 поступает на один из входов блока формирования модулирующего сигнала 8, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный току, отбираемому нагрузкой 6. Таким образом, в те моменты, в течение которых логический ноль, поступающий с выхода блока 7, совпадает на входе блока 8 с положительной полуволной, отбираемого нагрузкой 6 тока, на выходе блока 8 формируются модулирующие импульсы напряжения, пропорциональные индуктивной составляющей тока, отбираемого нагрузкой 6, и синфазные по отношению к ней. В течение времени действия импульсов напряжения, сформированных блоком 8, 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 6, в форме, способствующей ее накоплению. При этом на его выходе формируются последовательности 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, которая посредством емкостного накопителя 9 накапливается в виде энергии постоянного тока.The method is as follows. Active-inductive load 6 selects from the power system together the active inductive component of energy. In this case, the latter loads the power system with reactive current. By means of a current sensor 2 and a supply voltage sensor 6, signals proportional to them are generated. In this case, if the inductive load 6 is non-linear, a signal is generated at the output of the current sensor 2, which is proportional to the inductive current generated by it, the main harmonic of which forms the angle of its delay relative to the supply voltage. The spectrum forming unit of the group of inductive currents 4, which can be used as a set of filters, forms a group of inductive currents of harmonics to be extracted from the power system. Moreover, the indicated group may include, in addition to the inductive component of the fundamental harmonic, reactive components of higher harmonics that must be extracted from the power system. In the event that the load is linear, there are no higher harmonics in its current, and, thus, the mentioned group will contain only the inductive component of the current of the fundamental frequency. In this case, block 4 may be absent. In the block of formation of the logical signal 7, the signs arriving at its inputs are compared from the outputs of the block 4 and the sensor of the supply voltage 5, signals, 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 7 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 6 selects active power from the power system. Next, the signal from the output of block 7 is fed to one of the inputs of the block for generating the modulating signal 8, the second input of which receives a signal proportional to the current taken by the load 6. Thus, at those moments during which a logical zero coming from the output of block 7, coincides at the input of block 8 with the positive half-wave selected by the load 6 of the current, modulating voltage pulses are generated at the output of block 8, which are proportional to the inductive component of the current selected by load 6, and in-phase with respect to it. During the duration of the voltage pulses generated by block 8, 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 6 is extracted in a form that contributes to its accumulation. At the same time, at its output, sequences of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses are formed, 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 varies according to the law of the envelope of the mentioned inductive component, which, by means of the capacitive storage 9 accumulates in the form of direct current energy.

О реализации заявленного способа необходимо отметить следующее.On the implementation of the claimed method, the following should be noted.

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.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, индуктивная составляющая тока, отбираемого активно-индуктивной нагрузкой, извлекается в виде, обеспечивающем ее дальнейшее использование.Thus, as a result of the sequence of actions reproduced in accordance with the claimed method of increasing the efficiency of energy use from the power system, the inductive component of the current taken by the active-inductive load is extracted in a form that ensures its further use.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2320067, опубл. 2007.01.20.1. RF patent №2320067, publ. 2007.01.20.

2. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий [Текст] / И.В.Жежеленко. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.109.2. Zhezhelenko I.V. Higher harmonics in power supply systems of industrial enterprises [Text] / I.V.Zhezhelenko. - M .: Energoatomizdat, 1984, p. 109.

Claims (1)

Способ извлечения из потока мощности энергосистемы энергии гармоник одной или нескольких фиксированных частот, отличающийся тем, что из потока мощности энергосистемы извлекают индуктивную составляющую энергии группы гармоник, включающей минимум одну гармонику фиксированной частоты, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения огибающей индуктивной составляющей тока упомянутой группы, посредством полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа, при этом управление процессом извлечения энергии упомянутой группы осуществляют посредством модулирующего сигнала, который предварительно формируют как результат сравнения знаков двух составляющих: аналоговой, пропорциональной току, отбираемому активно-индуктивной нагрузкой, и составляющей, которую в случае равенства знаков сравниваемых: напряжения, питающего нагрузку, и напряжения, пропорционального упомянутой аналоговой составляющей, - формируют в виде логического сигнала, при этом в случае, если знаки составляющих противоположны, модулирующий сигнал формируют и посредством последнего осуществляют извлечение индуктивной составляющей тока, в каждый полупериод питающего нагрузку напряжения. A method of extracting harmonics energy of one or several fixed frequencies from a power flow of a power system, characterized in that the inductive component of the energy of a harmonic group including at least one harmonic of a fixed frequency is extracted from the power flow of the power system in the form of an equivalent energy of a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses , the duration of which varies according to the law of variation of the envelope of the inductive component of the current of the said group, by m of a fully controlled PWM rectifier of a transistor type, while the energy extraction process of the said group is controlled by a modulating signal, which is preliminarily formed as a result of comparing the signs of two components: an analog one, proportional to the current taken by the active-inductive load, and a component which, if signs of the compared: voltage supplying the load, and voltage proportional to the mentioned analog component, - form in the form of a logical I drove, wherein if the signs are opposite to the components, and the modulation signal is formed by extraction of the latter is carried inductive component of the current in each half-cycle of the supply voltage load.
RU2010134132/07A 2010-08-13 2010-08-13 Method to extract reactive component of power RU2435276C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134132/07A RU2435276C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Method to extract reactive component of power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134132/07A RU2435276C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Method to extract reactive component of power

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2435276C1 true RU2435276C1 (en) 2011-11-27

Family

ID=45318331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010134132/07A RU2435276C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Method to extract reactive component of power

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2435276C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЖЕЖЕЛЕНКО И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.109. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Namboodiri et al. Unipolar and bipolar PWM inverter
Lai et al. A general constant-frequency pulsewidth modulator and its applications
Young et al. A Cockcroft–Walton voltage multiplier fed by a three-phase-to-single-phase matrix converter with PFC
US9112430B2 (en) Direct current to alternating current conversion utilizing intermediate phase modulation
Luo et al. Predictive current control of a new three‐phase voltage source inverter with phase shift compensation
Singh et al. Delta-modulated ac–ac converter for PM WECS
CN205622513U (en) System for keep switching required switching frequency in mode power
RU2435276C1 (en) Method to extract reactive component of power
Adam et al. Harmonic current compensation using active power filter based on model predictive control technology
Dia et al. A single phase differential Zeta rectifier-inverter
RU2435273C1 (en) Method to increase efficiency of power usage (version 1)
RU2435274C1 (en) Method to increase efficiency of power usage (version 2)
RU2442262C1 (en) Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8)
RU2459336C2 (en) Method to increase quality and efficiency of electric energy usage (version 1)
RU2435272C1 (en) Method to increase efficiency of power usage (version 3)
RU2447562C1 (en) Method for quality and efficiency improvement for electric power use (version 9)
Hirachi et al. Improved control strategy on buck-type PFC converter
RU2442263C1 (en) METHOD FOR SUPPLYING POWER FROM n-PHASE POWER SUPPLY (VARIANT 2)
Makhubele et al. Analysis on modulation techniques of an AC drive with respect to harmonic content and efficiency
Budagavi Matam et al. Evaluation of impedance network based 7-level switched capacitor multi level inverter for single phase grid integrated system
Chandra et al. Design and implementation of three phase inverter fed to drive three phase motor
RU2442260C1 (en) Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 7)
Ganbayev et al. Optimal Energy Characteristics and Working Parametries of RF Switch Mode Power Amplifier Based on Controllable Current Fed Resonant Inverter
Zabihi et al. A bidirectional two-leg resonant converter for high voltage pulsed power applications
Meiqin et al. A novel control strategy for small wind generation system based on the converter without DC storage components

Legal Events

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

Effective date: 20120814