RU2442259C1 - METHOD FOR INCREASING QUALITY AND EFFICIENCY OF POWER USAGE IN n-PHASE POWER SUPPLY SYSTEM (VARIANT 1) - Google Patents
METHOD FOR INCREASING QUALITY AND EFFICIENCY OF POWER USAGE IN n-PHASE POWER SUPPLY SYSTEM (VARIANT 1) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2442259C1 RU2442259C1 RU2010134097/07A RU2010134097A RU2442259C1 RU 2442259 C1 RU2442259 C1 RU 2442259C1 RU 2010134097/07 A RU2010134097/07 A RU 2010134097/07A RU 2010134097 A RU2010134097 A RU 2010134097A RU 2442259 C1 RU2442259 C1 RU 2442259C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- power
- current
- reactive
- currents
- 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
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для повышения качества и эффективности использования электроэнергии в n-фазных системах энергоснабжения.The invention relates to energy and can be used to improve the quality and efficiency of energy use in n-phase power supply systems.
Известно устройство (1), используемое для повышения качества электрической энергии, содержащее тиристорный источник реактивной мощности, выполненный в виде тиристорного моста, в одну диагональ которого включены две обмотки управления управляемого реактора, а в другую - резистор. Способ-аналог обладает недостатками, основными из которых являются низкая экономичность и ограниченный диапазон регулирования реактивной мощности.A device (1) is known that is used to improve the quality of electric energy, containing a thyristor source of reactive power, made in the form of a thyristor bridge, one diagonal of which includes two control windings of a controlled reactor, and a resistor in the other. The analogue method has disadvantages, the main of which are low profitability and a limited range of reactive power regulation.
Известен способ (2) повышения качества электроэнергии, заключающийся в том, что из «напряжения электрической сети выделяют первую и высшие гармонические составляющие, выпрямляют их, преобразуют выпрямленное напряжение в переменное с частотой, равной частоте основной гармоники сети, и возвращают переменное напряжение в электрическую сеть». Известный способ, принятый в качестве прототипа, обладает рядом недостатков, главные из которых заключаются в следующем. В известном способе для повышения качества электроэнергии авторами предлагается компенсация высших гармонических составляющих напряжения. Однако известно, что процентное содержание гармоник в питающем напряжении не повторяет процентного содержания гармоник в токе, протекающем в энергосистеме, который формируется под воздействием нелинейной нагрузки. Известно также, что именно ток, отбираемый нелинейной нагрузкой, определяет гармонический состав и процентное содержание гармоник в сети энергоснабжения. Таким образом, существенного уменьшения амплитуд высших гармоник в фазах энергосистемы, при осуществлении известного способа-аналога, не произойдет. Ограниченность известного способа заключается: в «снижении» уровней напряжений гармоник строго определенных частот; невозможности компенсации в энергосистеме реактивной мощности. Кроме того, дополнительные непроизводительные потери мощности, при осуществлении способа-прототипа, обусловлены использованием силового трансформатора.A known method (2) to improve the quality of electricity, which consists in the fact that the first and the highest harmonic components are extracted from the "voltage of the electric network, rectify them, convert the rectified voltage into alternating voltage with a frequency equal to the frequency of the main harmonic of the network, and return the alternating voltage to the electric network ". The known method, adopted as a prototype, has a number of disadvantages, the main of which are as follows. In a known method to improve the quality of electricity, the authors propose compensation for the higher harmonic voltage components. However, it is known that the percentage of harmonics in the supply voltage does not repeat the percentage of harmonics in the current flowing in the power system, which is formed under the influence of a nonlinear load. It is also known that it is the current taken by the nonlinear load that determines the harmonic composition and percentage of harmonics in the power supply network. Thus, a significant decrease in the amplitudes of higher harmonics in the phases of the power system, when implementing the known analogue method, will not occur. The limitations of the known method consists in: "lowering" the voltage levels of harmonics of strictly defined frequencies; the impossibility of compensation in a reactive power system. In addition, additional unproductive power losses during the implementation of the prototype method are due to the use of a power transformer.
Задача, решаемая изобретением, - повышение качества и эффективности использования электроэнергии посредством: повышения эффективности процесса компенсации высших гармонических составляющих (за счет компенсации высших гармонических составляющих в спектре тока, отбираемого нелинейной нагрузкой); снижения непроизводительных потерь электроэнергии, вызванных реактивными токами основной и высших гармоник; использования для осуществления процесса компенсации высших гармонических составляющих тока, реактивной энергии гармоники основной частоты.The problem solved by the invention is to improve the quality and efficiency of energy use by: increasing the efficiency of the process of compensation of higher harmonic components (due to compensation of higher harmonic components in the spectrum of the current, selected by non-linear load); reduction of unproductive losses of electricity caused by reactive currents of the main and higher harmonics; use for the implementation of the process of compensation of the higher harmonic components of the current, the reactive energy of the harmonic of the fundamental frequency.
Это достигается тем, что согласно предложенному способу эквивалентный компенсирующий ток, включающий токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, для каждой из фаз n-фаз системы энергоснабжения, формируют либо за счет извлекаемой самостоятельно реактивной составляющей мощности, отбираемой нелинейной нагрузкой, либо за счет извлекаемых совместно реактивной и доли активной составляющих. При этом последние извлекают посредством n-фазного полностью управляемого ШИМ-выпрямителя, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, которую после преобразования в энергию постоянного тока используют для формирования упомянутого эквивалентного компенсирующего тока.This is achieved by the fact that according to the proposed method, the equivalent compensating current, including the currents of the group of higher harmonic components, equivalent to the currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced, for each of the phases of the n-phases of the power supply system, is formed either due to the independently extracted reactive component of the power taken non-linear load, or due to the jointly extracted reactive and active component fractions. At the same time, the latter are extracted by means of an n-phase fully controlled PWM rectifier, in the form of an equivalent energy, of a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses, which, after conversion to direct current energy, are used to form the said equivalent compensating current.
Суть способа заключается в следующем. Очевидно что при питании нелинейной активно-реактивной нагрузки, от n-фазной системы энергоснабжения, в каждой из ее фаз, протекают активно-реактивные токи, спектр которых составляют основная и высшие гармоники. При этом знак мгновенной мощности их реактивных составляющих в течение четверти своего периода изменяется на противоположный. Этот факт связан с тем, что часть энергии, запасенная в электрическом или магнитном поле реактивной составляющей нагрузки, возвращается назад в источник в виде упомянутых реактивных токов, протекание которых в индуктивных нагрузках обеспечивается действием ЭДС самоиндукции, в емкостных - напряжением, накопленным в электрическом поле емкости. Знаки питающего напряжения и ЭДС самоиндукции, а также питающего напряжения и напряжения на емкостной составляющей нагрузки, противоположны. При этом отрицательный эффект, связанный с реактивными токами, как известно, заключается в дополнительных непроизводительных потерях энергии. В соответствии с заявленным способом задача повышения качества и эффективности использования электроэнергии решается, с одной стороны, путем снижения ее непроизводительных потерь, обусловленных реактивной составляющей тока гармоники основной частоты, с другой стороны - регулируемой компенсацией высших гармоник. При этом предлагается, что в те моменты времени, когда нагрузка в энергосистеме проявляет реактивный характер, из потока мощности извлекать реактивный ток основной частоты с целью дальнейшего использования его энергии, либо самостоятельно, либо совместно с активной энергией гармоники основной частоты, для формирования эквивалентного компенсирующего тока, включающего токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить. Упомянутый компенсирующий ток формируют и генерируют в энергосистему посредством дополнительного источника мощности, в качестве которого предлагается использовать ШИМ-инвертор, управляемый модулирующим сигналом, формируемым для каждой из фаз отдельно, посредством сигналов, пропорциональных геометрической сумме токов компенсируемых высших гармонических составляющих. В случае если в энергосистеме суммарная мощность группы компенсируемых гармоник больше мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, последняя извлекается из энергосистемы совместно с долей его активной составляющей, и при этом обе составляющие, после преобразования в энергию постоянного тока, используются для питания упомянутого дополнительного источника мощности.The essence of the method is as follows. It is obvious that when feeding a nonlinear active-reactive load, from the n-phase energy supply system, in each of its phases, active-reactive currents flow, the spectrum of which is the main and higher harmonics. In this case, the sign of the instantaneous power of their reactive components during the quarter of their period changes to the opposite. This fact is due to the fact that part of the energy stored in the electric or magnetic field of the reactive component of the load returns back to the source in the form of the aforementioned reactive currents, the flow of which in inductive loads is provided by the action of self-induction EMF, in capacitive ones - by the voltage accumulated in the electric field of the capacitance . The signs of the supply voltage and EMF of self-induction, as well as the supply voltage and voltage on the capacitive component of the load, are opposite. In this case, the negative effect associated with reactive currents, as is known, consists in additional unproductive energy losses. In accordance with the claimed method, the task of improving the quality and efficiency of energy use is solved, on the one hand, by reducing its unproductive losses due to the reactive component of the harmonic current of the fundamental frequency, and on the other hand, by adjustable compensation of higher harmonics. It is also suggested that at those times when the load in the power system is reactive in nature, extract the reactive current of the fundamental frequency from the power stream in order to further use its energy, either independently or together with the active harmonic energy of the fundamental frequency, to form an equivalent compensating current , including the currents of the group of higher harmonic components, equivalent to the currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced. The mentioned compensating current is generated and generated into the power system through an additional power source, which is proposed to use a PWM inverter controlled by a modulating signal generated for each of the phases separately, by signals proportional to the geometric sum of the currents of the compensated higher harmonic components. If in the power system the total power of the group of compensated harmonics is greater than the power of the reactive component of the harmonic of the main frequency current, the latter is extracted from the power system together with a fraction of its active component, and both components, after conversion to direct current energy, are used to power the mentioned additional power source .
Задача пофазного извлечения из энергосистемы упомянутой реактивной и доли активной составляющих тока основной частоты решается применением полностью управляемого n-фазного транзисторного ШИМ-выпрямителя, построенного на IGBT модулях. Протекание реактивных токов в каждом из его плеч, в каждый полупериод питающего напряжения, обеспечивается действием ЭДС самоиндукции, или напряжением на емкостной составляющей нагрузки. Использование IGBT-транзисторов при выпрямлении тока позволяет использовать их управляющие свойства относительно токов. При этом осуществляется избирательное выпрямление только тех составляющих тока, которые задаются модулирующим сигналом управления, с заданными характеристиками. При этом на выходе управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя присутствует последовательность однополярных периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, энергия которых эквивалентна, соответственно: или извлекаемой из энергосистемы, самостоятельно, реактивной составляющей энергии тока гармоники основной частоты, или, при совместном извлечении реактивной и доли активной составляющих, - энергии последних.The problem of phase-by-phase extraction of the aforementioned reactive and a fraction of the active components of the main frequency current from the power system is solved by using a fully controlled n-phase transistor PWM rectifier built on IGBT modules. The flow of reactive currents in each of its arms, in each half-cycle of the supply voltage, is ensured by the action of the self-induction EMF, or by the voltage on the capacitive component of the load. The use of IGBT transistors for rectification of current allows you to use their control properties relative to currents. In this case, selective rectification of only those current components that are specified by a modulating control signal with specified characteristics is carried out. At the same time, at the output of the controlled transistor PWM rectifier, there is a sequence of unipolar periodically repeating pulse-width modulated current pulses, the energy of which is equivalent, respectively: either extracted from the power system, independently, the reactive component of the current energy of the fundamental frequency harmonic, or, when the reactive and the active components - the energy of the latter.
Заявленный способ описан на примере трехфазной системы. На чертеже представлена схема, поясняющая его сущность. При этом введены следующие обозначения.The claimed method is described by the example of a three-phase system. The drawing shows a diagram explaining its essence. The following notation is introduced.
1 - n-фазная энергосистема1 - n-phase power system
2 - нелинейная нагрузка2 - nonlinear load
3 - n-фазный полностью управляемый транзисторный ШИМ-выпрямитель3 - n-phase fully controllable transistor PWM rectifier
4 - емкостный накопитель4 - capacitive storage
5 - n-фазный дополнительный источник мощности5 - n-phase auxiliary power source
6, 7, 8 - датчики тока фаз6, 7, 8 - phase current sensors
9, 10, 11 - датчики питающего напряжения9, 10, 11 - voltage sensors
12, 13, 14 - блоки формирования логического сигнала12, 13, 14 - blocks the formation of a logical signal
15, 16, 17 - блоки формирования модулирующего сигнала15, 16, 17 - blocks the formation of the modulating signal
18 - датчик напряжения18 - voltage sensor
19 - n-фазный блок смесителей19 - n-phase mixer unit
20 - n-фазный блок емкостных накопителей20 - n-phase capacitive storage unit
21, 22, 23 - фильтры гармоники тока основной частоты21, 22, 23 - harmonic filters of the fundamental frequency current
24 - n-фазный блок формирования активной составляющей сигнала управления24 - n-phase block forming the active component of the control signal
25 - n-фазный блок задания групп компенсируемых гармоник25 - n-phase unit for setting groups of compensated harmonics
26 - n-фазный блок фазоинверторов26 - n-phase phase inverter unit
27 - n-фазный блок выпрямителей27 - n-phase rectifier unit
Способ осуществляется следующим образом. В связи с тем что для любой n-фазной системы энергоснабжения заявленный способ реализуется аналогичным образом, далее он рассматривается относительно трехфазной системы. Способ осуществляется следующим образом. С выходов датчиков 6, 7, 8, сигналы, пропорциональные несинусоидальным токам, отбираемым нелинейной нагрузкой 2 от фаз «А, В и С», поступают, в том числе, на вход n-фазного блока задания групп компенсируемых гармоник 25, посредством которого, для каждой из фаз, заранее, задают спектр гармоник, долю которых необходимо уменьшить, посредством снижения их уровней, методом регулируемой компенсации. При этом блок 25 может представлять собой группу фильтров (по числу фаз), посредством которых из сигнала, отбираемого нагрузкой 2, из каждой из фаз, выделяют спектр компенсируемых гармоник. Далее, сформированные таким образом сигналы поступают на соответствующие входы n-фазного блока (по числу фаз) фазоинверторов 26, посредством которого инвертируются на 180 эл. градусов, и далее, с его выходов, поступают на управляющие входы n-фазного (по числу фаз) дополнительного источника мощности 5, соответствующие фазам «А, В и С», посредством которого в каждую из них генерируются эквивалентные компенсирующие токи, включающие токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, и находящиеся по отношению к ним в противофазе. Сформированные таким образом, управляющие соответствующими фазами источника мощности 5, модулирующие сигналы управления пропорциональны геометрической сумме токов компенсируемых высших гармонических составляющих, спектр которых задается изначально, для каждой из соответствующих фаз энергосистемы, описанным выше способом, посредством блока 25. Для каждой из фаз энергосистемы упомянутые эквивалентные компенсирующие токи формируются либо за счет извлекаемой из энергосистемы самостоятельно энергии реактивной составляющий гармоники основной частоты, либо за счет совместно извлекаемых реактивной и активной составляющих ее мощности. При этом упомянутые составляющие мощности тока основной частоты извлекают из каждой из фаз энергосистемы 1 посредством полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, и после преобразования в энергию постоянного тока посредством емкостного накопителя 4 используют для питания n-фазного дополнительного источника мощности 5. Состав энергии, используемой для его питания, определяется посредством датчика 18, в зависимости от соотношения мощностей: реактивной составляющей мощности гармоники основной частоты и мощности, необходимой для компенсации гармонических составляющих, путем измерения последним, снимаемого с емкостного накопителя 4, - напряжения. При этом изначально его величину ставят в зависимость от извлекаемой из энергосистемы мощности, таким образом, что если извлекаемой реактивной составляющей мощности достаточно для формирования эквивалентных компенсирующих токов, то на выходе емкостного накопителя 4 присутствует напряжение, блокирующее присутствие активной составляющей гармоники тока основной частоты в составе модулирующего сигнала управления ШИМ-выпрямителем 3, и при этом посредством последнего из энергосистемы 1 извлекается только реактивная составляющая мощности гармоники основной частоты, энергия которой используется для питания n-фазного (для данного рассматриваемого случая - трехфазного), дополнительного источника мощности 5, и, следовательно, для формирования эквивалентных компенсирующих токов. Рассмотрим подробней случай формирования эквивалентного тока компенсации спектра высших гармоник, посредством дополнительного источника мощности 5, только за счет энергии реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, что характеризует ее извлеченную мощность, как достаточную для формирования эквивалентных компенсирующих токов. С выходов датчиков тока 6, 7 и 8 сигналы, пропорциональные несинусоидальным токам, пофазно отбираемым нелинейной нагрузкой, поступают в том числе на входы блоков 21, 22, 23, представляющих собой, для каждой из них, фильтры тока основной частоты, с выхода которых сигналы, пропорциональные токам гармоники основной частоты, поступают на входы блоков 12, 13 и 14 (количество которых соответствует количеству фаз) формирования логического сигнала, которые совместно с блоками 15, 16, и 17, формирования модулирующего сигнала, участвуют в формировании последнего. Очевидно что количество блоков 6-8, 21-23, 12-14, 15-17 соответствует количеству фаз в энергосистеме. При этом посредством упомянутых блоков реактивная составляющая модулирующего сигнала фаз «А, В и С» формируется следующим образом. Посредством блоков: датчиков тока 6-8, блоков 21-23, и датчиков питающего напряжения 9-11 (по числу фаз энергосистемы), - формируют сигналы, пропорциональные токам основной часты и питающему напряжению. При этом в сигналах, присутствующих на выходе блоков 21-23, отсутствует синфазность по отношению к «своим» питающим напряжениям. В связи с тем что процесс формирования реактивной составляющей модулирующего сигнала аналогичен для всех фаз энергосистемы, рассмотрим его на примере фазы «А». В блоке формирования логического сигнала 12 сравниваются знаки сигналов, поступающих на его входы: с выхода блока 21 и датчика питающего напряжения 9; и на его выходе формируется цифровая последовательность нулей и единиц, причем при совпадении знаков сигналов, пропорциональных току и напряжению, на выходе блока 12 формируется логическая единица, а в остальных случаях - логический ноль. Таким образом, логическая единица соответствует той части периода, в течение которого нагрузка 2 отбирает из энергосистемы активную мощность. Далее, сигнал с выхода блока 12, поступает на один из входов блока 15 формирования модулирующего сигнала, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный току, отбираемому нагрузкой 2, от соответствующей фазы, в данном случае от фазы «А». Таким образом, в те моменты, в течение которых логический ноль, поступающий с выхода блока 12, совпадает на входе блока 15, с положительной полуволной отбираемого нагрузкой 2 тока, на выходе блока 15 формируются модулирующие импульсы напряжения, пропорциональные реактивной составляющей тока, отбираемого нагрузкой 2, и синфазные по отношению к ней. Далее, сформированные для каждой из фаз, описанным способом, модулирующие сигналы управления ШИМ-выпрямителем, пропорциональные реактивной составляющей тока гармоники основной частоты поступают на первую группу сигнальных входов n-фазного блока смесителей 19, и затем на соответствующие управляющие входы полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3. При этом вторая группа сигнальных входов блока смесителей 19, соответствующих активной составляющей гармоники тока основной частоты, блокируется посредством сигнала, с выхода блока 18. Сигнал блокировки формируется в результате соответствия уровня напряжения в емкостном накопителе 4, заданному значению, что свидетельствует о достаточности величины мощности реактивной составляющей гармоники основной частоты, пофазно извлекаемой из энергосистемы 1, для пофазного формирования эквивалентных компенсирующих токов. При этом сигнал с выхода блока 18 блокирует n-фазный (для рассматриваемого случая - трехфазный) блок формирования активной составляющей сигнала управления 24, и на его выходах сигналы отсутствуют. В течение времени действия импульсов напряжения, сформированных блоком 15, на управляющих входах полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3 питание последнего осуществляется за счет: или ЭДС самоиндукции, или напряжения на емкостной составляющей нагрузки, в зависимости от ее характера. Таким образом, посредством управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3 осуществляется извлечение реактивной составляющей тока, отбираемого активно-реактивной нагрузкой 2, в форме, способствующей ее накоплению. Далее, в соответствии с заявленным способом, извлеченная описанным способом, энергия реактивного тока основной частоты накапливается в виде энергии постоянного тока в емкостном накопителе 4 и далее используется для питания n-фазного (по числу фаз энергосистемы) дополнительного источника мощности 5, в качестве которого используется ШИМ-инвертор, посредством которого, описанным выше способом, формируют и генерируют в энергосистему эквивалентный компенсирующий ток, включающий токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить. Формирование компенсирующего тока, как уже было показано выше, осуществляют для всех фаз энергосистемы аналогичным образом посредством формируемого индивидуально, для каждой из них, модулирующего сигнала, управляющего соответствующей фазой упомянутого n-фазного ШИМ-инвертора.The method is as follows. Due to the fact that for any n-phase power supply system, the claimed method is implemented in a similar way, it will be further considered with respect to a three-phase system. The method is as follows. From the outputs of the sensors 6, 7, 8, signals proportional to the non-sinusoidal currents selected by the non-linear load 2 from the phases “A, B and C” are received, including the input of the n-phase block for setting the groups of compensated harmonics 25, by which for each of the phases, in advance, a spectrum of harmonics is set, the proportion of which must be reduced, by reducing their levels, by the method of adjustable compensation. In this case, block 25 can be a group of filters (according to the number of phases) by which a spectrum of compensated harmonics is extracted from the signal selected by load 2 from each of the phases. Further, the signals thus formed are fed to the corresponding inputs of the n-phase block (according to the number of phases) of the phase inverters 26, by which they are inverted by 180 el. degrees, and then, from its outputs, they go to the control inputs of the n-phase (by the number of phases) additional power source 5, corresponding to the phases "A, B and C", through which equivalent compensating currents are generated in each of them, including group currents higher harmonic components equivalent to the currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced, and which are in antiphase with respect to them. Thus generated, controlling the corresponding phases of the power source 5, the modulating control signals are proportional to the geometric sum of the currents of the compensated higher harmonic components, the spectrum of which is set initially, for each of the corresponding phases of the power system, as described above, by means of block 25. For each of the phases of the power system, the equivalent compensating currents are formed either due to the energy of the reactive component of the harmonic extracted from the energy system independently he primary frequency, or by co-recoverable reactive and active components of its capacity. At the same time, the aforementioned components of the main-frequency current power are extracted from each phase of the power system 1 by means of a fully controlled transistor PWM rectifier 3, and after conversion to direct current energy by means of a capacitive storage 4, they are used to power an n-phase additional power source 5. The composition of the energy used for its power supply, is determined by means of a sensor 18, depending on the ratio of powers: reactive component of the harmonic power of the fundamental frequency and the power needed to compensate for the harmonic components, by measuring the latter, taken from the capacitive storage 4, - voltage. In this case, initially its value is dependent on the power extracted from the power system, so that if the extracted reactive component of the power is sufficient to form equivalent compensating currents, then at the output of the capacitive storage 4 there is a voltage that blocks the presence of the active component of the harmonic of the fundamental current in the modulating the control signal of the PWM rectifier 3, and in this case, only the reactive component of the power is extracted from the power system 1 harmonics of the fundamental frequencies at which energy is used to power the n-phase (for the considered case - phase), an additional power source 5, and therefore for generating compensating currents equivalent. Let us consider in more detail the case of the formation of the equivalent current for compensating the spectrum of higher harmonics, by means of an additional power source 5, only due to the energy of the reactive component of the harmonic of the current of the fundamental frequency, which characterizes its extracted power as sufficient for the formation of equivalent compensating currents. From the outputs of current sensors 6, 7 and 8, signals proportional to non-sinusoidal currents, phase-selected by a non-linear load, are received, including the inputs of blocks 21, 22, 23, which are, for each of them, primary frequency current filters, the output of which signals proportional to the harmonics currents of the fundamental frequency, are fed to the inputs of blocks 12, 13 and 14 (the number of which corresponds to the number of phases) of the formation of a logical signal, which, together with blocks 15, 16, and 17, of the formation of the modulating signal, participate in the formation of the latter . It is obvious that the number of blocks 6-8, 21-23, 12-14, 15-17 corresponds to the number of phases in the power system. In this case, by means of the said blocks, the reactive component of the modulating signal of the phases “A, B and C” is formed as follows. By means of blocks: current sensors 6-8, blocks 21-23, and sensors of supply voltage 9-11 (according to the number of phases of the power system), they generate signals proportional to the currents of the main part and the supply voltage. Moreover, in the signals present at the output of blocks 21-23, there is no common mode with respect to "their" supply voltages. Due to the fact that the process of generating the reactive component of the modulating signal is similar for all phases of the power system, we consider it using the example of phase “A”. In the block for generating a logical signal 12, the signs of the signals arriving at its inputs are compared: from the output of block 21 and the supply voltage sensor 9; and at its output a digital sequence of zeros and ones is formed, and if the signs of the signals are proportional to the current and voltage, a logical unit is formed at the output of block 12, and in other cases a logical zero. Thus, a logical unit corresponds to that part of the period during which load 2 selects active power from the power system. Further, the signal from the output of block 12 is fed to one of the inputs of the block 15 for generating the modulating signal, the second input of which receives a signal proportional to the current taken by load 2 from the corresponding phase, in this case, from phase “A”. Thus, at those moments during which the logical zero coming from the output of block 12 coincides at the input of block 15 with the positive half-wave of the current taken by load 2, modulating voltage pulses proportional to the reactive component of the current taken by load 2 are formed at the output of block 15 , and in-phase with respect to it. Next, the modulating control signals of the PWM rectifier, which are proportional to the reactive component of the harmonic current of the fundamental frequency, generated for each phase in the described manner, are fed to the first group of signal inputs of the n-phase block of the mixers 19, and then to the corresponding control inputs of the fully controlled transistor PWM rectifier 3. In this case, the second group of signal inputs of the mixer block 19, corresponding to the active component of the harmonic of the current of the fundamental frequency, is blocked by a signal from the output of the unit Single 18. The blocking signal is generated as a result matching the voltage level at the capacitive storage device 4, a predetermined value, which indicates the adequacy of the amount of power the reactive component of the fundamental frequency harmonics, per phase extracted from the power system 1, for forming equivalent per phase compensating currents. In this case, the signal from the output of block 18 blocks the n-phase (for the considered case, three-phase) block for the formation of the active component of the control signal 24, and there are no signals at its outputs. During the duration of the action of voltage pulses generated by block 15, at the control inputs of a fully controlled transistor PWM rectifier 3, the latter is powered by: either the self-induction EMF or the voltage on the capacitive component of the load, depending on its nature. Thus, by means of a controlled transistor PWM rectifier 3, the reactive component of the current selected by the active-reactive load 2 is extracted in a form that contributes to its accumulation. Further, in accordance with the claimed method, extracted in the described manner, the energy of the reactive current of the fundamental frequency is accumulated in the form of direct current energy in the capacitive storage 4 and then used to power the n-phase (according to the number of phases of the power system) additional power source 5, which is used A PWM inverter, by which, as described above, an equivalent compensating current is generated and generated in the power system, including currents of a group of higher harmonic components equivalent to OCAM harmonics, whose share should be reduced. The formation of the compensating current, as already shown above, is carried out for all phases of the power system in the same way by individually forming, for each of them, a modulating signal that controls the corresponding phase of the mentioned n-phase PWM inverter.
В том случае если извлекаемой реактивной составляющей мощности недостаточно для формирования эквивалентных компенсирующих токов, то величина напряжения в емкостном накопителе 4, контролируемого посредством датчика напряжения 18, становится ниже заранее заданного значения. Таким образом, в случае если напряжение в емкостном накопителе 4 становится ниже заранее заданного значения, посредством датчика напряжения 18, на одной из групп управляющих входов блока 24, формируется напряжение, разрешающее его работу в принципе. Блок 24 может быть сформирован из группы усилителей (по одному на фазу) с возможностью управления их коэффициентами усиления по одной группе управляющих входов и с возможностью их блокировки по другой группе управляющих входов. При этом на другой группе управляющих входов блока 24 присутствуют напряжения, поступающие с выхода n-фазного (по числу фаз энергосистемы) блока емкостных накопителей 20, и сформированные посредством n-фазного (по числу фаз энергосистемы) блока выпрямителей 27, пропорциональные мощностям групп компенсируемых высших гармоник, оставшимся в каждой из фаз энергосистемы, после их компенсации, посредством эквивалентных компенсирующих токов, сформированных за счет энергии реактивной составляющей токов основной частоты. Мощность оставшихся в каждой из фаз упомянутых высших гармоник очевидно равна разности: суммарной мощности группы компенсируемых высших гармоник и мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты (или мощности эквивалентных токов компенсации, сформированных за счет упомянутых реактивных составляющих). При этом в связи с тем что управляющие блоком 24 напряжения, сформированные для каждой из фаз, посредством n-фазного блока задания групп компенсируемых гармоник 25, выделяющего из тока, пофазно отбираемого нагрузкой 2, спектр компенсируемых гармоник, и, следовательно, определяющего в каждой из фаз их остаточный уровень, - пропорциональны упомянутой разности, то формируемые коэффициенты усиления для сигналов, пропорциональных активным токам гармоник основной частоты соответствующих фаз, поступающих на информационные входы блока 24, с выходов блоков 21, 22 и 23, - также пропорциональны разности суммарной мощности группы компенсируемых высших гармоник и мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, для соответствующей питающей фазы. Таким образом, в случае если на выходе блока 18 присутствует сигнал разрешения работы блока 24, поступающий на одну из групп управляющих его работой входов, и на другую группу его управляющих входов поступают сигналы, пропорциональные разности суммарной мощности группы компенсируемых высших гармоник и мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, для соответствующей питающей фазы, на выходе блока 24, присутствуют сигналы тока гармоники основной частоты, доля которых равны упомянутой разности мощностей. Сформированные таким образом в блоке 24 сигналы поступают в смеситель 19, где смешиваются с сигналами соответствующей фазы, пропорциональными реактивной составляющей тока гармоники основной частоты. Таким образом, посредством блока 19 формируется огибающая модулирующего сигнала управления n-фазного полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, посредством которого из каждой фазы энергосистемы извлекается реактивная и активная составляющие тока гармоники основной частоты, за счет энергии которых формируются эквивалентные компенсирующие токи, включающие токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, и находящиеся по отношению к ним в противофазе, для случая, если извлекаемой из энергосистемы, самостоятельно, реактивной составляющей энергии гармоники тока основной частоты не хватает для формирования упомянутых компенсирующих токов.In the event that the extracted reactive component of the power is not enough to form equivalent compensating currents, the voltage in the capacitive storage 4, controlled by the voltage sensor 18, becomes lower than a predetermined value. Thus, in the event that the voltage in the capacitive storage 4 becomes lower than a predetermined value, a voltage is generated on one of the control inputs of the block 24 by means of a voltage sensor 18, allowing its operation in principle. Block 24 can be formed from a group of amplifiers (one per phase) with the possibility of controlling their amplification factors for one group of control inputs and with the possibility of blocking them with another group of control inputs. At the same time, on another group of control inputs of block 24, there are voltages coming from the output of the n-phase (by the number of phases of the power system) block of capacitive storage 20, and formed by the n-phase (by the number of phases of the power system) block of rectifiers 27, proportional to the powers of the groups of compensated higher harmonics remaining in each phase of the power system, after their compensation, by means of equivalent compensating currents generated due to the energy of the reactive component of the main frequency currents. The power of the remaining higher harmonics remaining in each phase is obviously equal to the difference: the total power of the group of compensated higher harmonics and the power of the reactive component of the harmonic of the fundamental current (or the power of equivalent compensation currents generated by the said reactive components). Moreover, due to the fact that the control unit 24 of the voltage generated for each of the phases, through the n-phase unit for setting groups of compensated harmonics 25, which isolates from the current phase-selected by load 2, the spectrum of compensated harmonics, and, therefore, determines in each of of phases, their residual level, is proportional to the mentioned difference, then the generated amplification factors for signals proportional to the active currents of harmonics of the fundamental frequency of the corresponding phases, arriving at the information inputs of block 24, from the outputs blocks 21, 22 and 23, are also proportional to the difference in the total power of the group of compensated higher harmonics and the power of the reactive component of the harmonic of the fundamental current, for the corresponding supply phase. Thus, if at the output of block 18 there is a signal enabling the operation of block 24 to be supplied to one of the groups of inputs controlling its operation, and signals to the other group of its controlling inputs will be proportional to the difference between the total power of the group of compensated higher harmonics and the power of the reactive component of the harmonic main frequency current, for the corresponding supply phase, at the output of block 24, there are harmonic current signals of the main frequency, the proportion of which are equal to the mentioned power difference. The signals thus formed in block 24 are fed to a mixer 19, where they are mixed with signals of the corresponding phase proportional to the reactive component of the harmonic current of the fundamental frequency. Thus, by means of block 19, the envelope of the modulating control signal of the n-phase fully controlled transistor PWM rectifier 3 is formed, by means of which the reactive and active components of the harmonic current of the fundamental frequency are extracted from each phase of the power system, due to the energy of which equivalent compensating currents are formed, including group currents higher harmonic components equivalent to the currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced, and which are in antiphase with respect to them, A case when extracted from the grid, independently, a reactive power current component of the fundamental frequency harmonics are not sufficient for the formation of said compensating currents.
Таким образом, в результате последовательности действий, осуществляемых в соответствии с заявленным способом, повышения эффективности использования электроэнергии добиваются повышением эффективности процесса компенсации высших гармонических составляющих (за счет компенсации высших гармонических составляющих в спектре тока, отбираемого нелинейной нагрузкой); снижением непроизводительных потерь электроэнергии, вызванных реактивными токами основной и высших гармоник; использованием для осуществления процесса компенсации высших гармонических составляющих тока, реактивной энергии гармоники основной частоты. При этом указанной цели достигают тем, что согласно предложенному способу эквивалентный компенсирующий ток, включающий токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, для каждой из фаз n-фаз системы энергоснабжения, формируют либо за счет за счет извлекаемой самостоятельно реактивной составляющей мощности, отбираемой нелинейной нагрузкой, либо за счет извлекаемых совместно реактивной и доли активной составляющих. При этом последние извлекают посредством n-фазного полностью управляемого ШИМ-выпрямителя, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, которую после преобразования в энергию постоянного тока используют для формирования упомянутого эквивалентного компенсирующего тока.Thus, as a result of the sequence of actions carried out in accordance with the claimed method, increasing the efficiency of energy use is achieved by increasing the efficiency of the process of compensation of higher harmonic components (due to compensation of higher harmonic components in the spectrum of the current, selected by non-linear load); reduction of unproductive losses of electricity caused by reactive currents of the main and higher harmonics; using for the implementation of the process of compensation of the higher harmonic components of the current, the reactive energy of the harmonic of the fundamental frequency. Moreover, this goal is achieved by the fact that according to the proposed method, the equivalent compensating current, including the currents of the group of higher harmonic components equivalent to the currents of the higher harmonics, the proportion of which must be reduced, for each of the phases of the n-phases of the power supply system, is formed either due to being extracted independently reactive component of power taken by non-linear load, or due to the jointly extracted reactive and the share of active components. At the same time, the latter are extracted by means of an n-phase fully controlled PWM rectifier, in the form of an equivalent energy, of a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses, which, after conversion to direct current energy, are used to form the said equivalent compensating current.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. А.С. СССР №1823072, Бюл. №23, 23.06.1993, Кл. Н02J 3/18, 3/26, 1993.1. A.S. USSR No. 1823072, Bull. No. 23, 06/23/1993, Cl. H02J 3/18, 3/26, 1993.
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 |
---|---|---|---|
RU2010134097/07A RU2442259C1 (en) | 2010-08-13 | 2010-08-13 | METHOD FOR INCREASING QUALITY AND EFFICIENCY OF POWER USAGE IN n-PHASE POWER SUPPLY SYSTEM (VARIANT 1) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010134097/07A RU2442259C1 (en) | 2010-08-13 | 2010-08-13 | METHOD FOR INCREASING QUALITY AND EFFICIENCY OF POWER USAGE IN n-PHASE POWER SUPPLY SYSTEM (VARIANT 1) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2442259C1 true RU2442259C1 (en) | 2012-02-10 |
Family
ID=45853805
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010134097/07A RU2442259C1 (en) | 2010-08-13 | 2010-08-13 | METHOD FOR INCREASING QUALITY AND EFFICIENCY OF POWER USAGE IN n-PHASE POWER SUPPLY SYSTEM (VARIANT 1) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2442259C1 (en) |
-
2010
- 2010-08-13 RU RU2010134097/07A patent/RU2442259C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Namboodiri et al. | Unipolar and bipolar PWM inverter | |
US8223517B2 (en) | Power converting apparatus with main converter and sub-converter | |
US10044278B2 (en) | Power conversion device | |
Meng et al. | Active harmonic reduction for 12-pulse diode bridge rectifier at DC side with two-stage auxiliary circuit | |
US20220376613A1 (en) | Power converter | |
US11817768B2 (en) | Power conversion device that can suppress interference between control of input current from an AC power supply and voltage control for a DC capacitor | |
US11637493B2 (en) | Electrical circuits for power factor correction by measurement and removal of overtones and power factor maximization | |
RU155594U1 (en) | MULTIFUNCTIONAL ELECTRICITY QUALITY REGULATOR FOR THREE PHASE DISTRIBUTION SYSTEMS OF ELECTRICITY SUPPLY OF 0.4 KV | |
Sangu Ravindra et al. | Design of Shunt Active Power Filter to eliminate the harmonic currents and to compensate the reactive power under distorted and or imbalanced source voltages in steady state | |
CN106787891B (en) | Five-level inverter | |
RU144830U1 (en) | TWELVE RECTIFIER | |
CN108521848B (en) | Network feedback unit and electric drive system | |
RU2442259C1 (en) | METHOD FOR INCREASING QUALITY AND EFFICIENCY OF POWER USAGE IN n-PHASE POWER SUPPLY SYSTEM (VARIANT 1) | |
RU139772U1 (en) | THREE-PHASE RECTIFIER WITH IMPROVED OVERALL INDICATORS | |
Rashid | Three-Phase Controlled Rectifiers | |
EP2320552B1 (en) | Control method for an apparatus converting direct current into alternating current | |
RU2436213C1 (en) | Method to increase quality and efficiency of power usage in n-phase power supply system (version 2) | |
RU2442263C1 (en) | METHOD FOR SUPPLYING POWER FROM n-PHASE POWER SUPPLY (VARIANT 2) | |
RU2661938C1 (en) | Bridge circuit three-phase voltage inverter control method | |
US20170040905A1 (en) | Apparatus and method for reducing harmonics | |
JP2023516797A (en) | Power converter for photovoltaic energy sources | |
RU2279178C1 (en) | Three-phased controllable rectifier | |
RU2435279C1 (en) | Method to increase quality and efficiency of electric energy usage (version 6) | |
RU2625351C1 (en) | Voltage compensation device | |
RU2447562C1 (en) | Method for quality and efficiency improvement for electric power use (version 9) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120814 |