RU2442262C1 - Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8) - Google Patents

Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8) Download PDF

Info

Publication number
RU2442262C1
RU2442262C1 RU2010134134/07A RU2010134134A RU2442262C1 RU 2442262 C1 RU2442262 C1 RU 2442262C1 RU 2010134134/07 A RU2010134134/07 A RU 2010134134/07A RU 2010134134 A RU2010134134 A RU 2010134134A RU 2442262 C1 RU2442262 C1 RU 2442262C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
power system
energy
power
load
Prior art date
Application number
RU2010134134/07A
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 RU2010134134/07A priority Critical patent/RU2442262C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2442262C1 publication Critical patent/RU2442262C1/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

Abstract

FIELD: electrical engineering. ^ SUBSTANCE: according to the method, the quadrature component of the grid's power flow is reduced either by extracting the inductive component in the form of unidirectional repeating width-modulated current pulse sequence, or via generation of compensating current in the power grid through an additional controlled power source. In the first case the extracted inductive component after being transformed returns into the power grid in the form of basic frequency harmonic component. In the second case the compensating current is formed: by means of reactive energy of higher harmonic components which are formed by non-linear load; or by means of active energy of basic frequency harmonic component; or by means of energy which comprises reactive energy of higher harmonic components and a part of active energy of basic frequency harmonic component. ^ EFFECT: reduction of non-productive losses in the power flow of the grid. ^ 1 dwg

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 method - the analogue has disadvantages, the main of which are the dependence of the reactive power generated by the BC from 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 returned to the power system after conversion to the harmonic of the fundamental frequency. 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 качества и эффективности использования электроэнергии.The problem solved by the invention is to improve the quality and efficiency of energy use.

Это достигается тем, что согласно предложенному способу реактивную составляющую в потоке мощности энергосистемы снижают в зависимости от ее характера: либо посредством извлечения индуктивной составляющей энергии, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяются по закону изменения огибающей индуктивной составляющей тока, либо посредством генерации в энергосистему, с помощью дополнительного регулируемого источника мощности - компенсирующего тока, причем в первом случае извлеченная индуктивная составляющая энергии после преобразования возвращается в энергосистему в виде энергии гармоники основной частоты, а во втором - компенсирующий ток формируется либо за счет реактивной энергии группы высших гармонических составляющих, генерируемых нелинейной нагрузкой, либо за счет активной энергии гармоники основной частоты, либо за счет энергии, состоящей из реактивной энергии группы высших гармонических составляющих и доли активной энергии гармоники основной частоты, при этом и реактивная энергия группы высших гармонических составляющих, и активная энергия гармоники основной частоты, или ее доля, извлекаются из энергосистемы в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения огибающей извлекаемого тока.This is achieved by the fact that according to the proposed method, the reactive component in the power flow of a power system is reduced depending on its nature: either by extracting the inductive component of energy, 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 the inductive component of the current, either through generation into the power system, using an additional regulated source of power spine - of the compensating current, and in the first case, the extracted inductive component of the energy after conversion is returned to the power system in the form of harmonic energy of the fundamental frequency, and in the second, the compensating current is generated either due to the reactive energy of the group of higher harmonic components generated by the nonlinear load, or due to the active energy of the harmonic of the fundamental frequency, or due to the energy consisting of the reactive energy of the group of higher harmonic components and the fraction of the active energy of the harmonic of the fundamental frequency, and the reactive energy of the group of higher harmonic components, and the active harmonic energy of the fundamental frequency, or its fraction, are extracted from the power system in the form of the 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 of the extracted current.

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 - дополнительного регулируемого источника мощности4 - additional regulated power source

5 - фильтр гармоники тока основной частоты5 - harmonic filter of the fundamental frequency current

6 - блок формирования логического сигнала6 - block generating a logical signal

7 - первый блок формирования модулирующего сигнала7 - the first block generating the modulating signal

8 - нелинейная нагрузка8 - nonlinear load

9 - датчик напряжения9 - voltage sensor

10 - выпрямитель10 - rectifier

11 - управляемый масштабный усилитель11 - controlled scale amplifier

12 - блок управления 12 - control unit

13 - датчик тока13 - current sensor

14 - емкостный накопитель14 - capacitive storage

15 - датчик питающего напряжения15 - voltage sensor

16 - первый логический блок16 - the first logical block

17 - второй блок формирования модулирующего сигнала17 - the second block of the formation of the modulating signal

18 - фазокорректирующее звено.18 - phase-correcting link.

Суть способа заключается в следующем. Как известно, в энергосети при питании от нее нелинейных реактивных нагрузок имеют место следующие факты: форма тока искажается за счет появления в нем высших гармонических составляющих основной частоты; в энергосистеме появляется реактивная составляющая мгновенной мощности гармоники основной частоты. Последний факт связан с тем, что часть энергии, запасенная в электрическом или магнитном поле реактивной нагрузки, возвращается назад в источник в виде реактивной составляющей тока. Протекание реактивного тока в индуктивных нагрузках обеспечивается действием ЭДС самоиндукции, в емкостных - напряжением, накопленным в электрическом поле емкости. При этом знаки питающего напряжения и ЭДС самоиндукции, а также питающего напряжения и напряжения на емкостном элементе, как известно, противоположны. Реактивными являются также токи высших гармоник. Отрицательный эффект, связанный с реактивными токами, как известно, заключается в дополнительных непроизводительных потерях энергии в энергосистеме.The essence of the method is as follows. As you know, the following facts take place in the power network when non-linear reactive loads are supplied from it: the shape of the current is distorted due to the appearance of higher harmonic components of the fundamental frequency in it; a reactive component of the instantaneous harmonic power of the fundamental frequency appears in the power system. The latter fact is due to the fact that part of the energy stored in the electric or magnetic field of the reactive load returns back to the source in the form of a reactive component of the current. The flow of reactive current in inductive loads is ensured by the action of EMF self-induction, in capacitive ones - by the voltage accumulated in the electric field of the capacitance. In this case, the signs of the supply voltage and EMF of self-induction, as well as the supply voltage and voltage on the capacitive element, are known to be opposite. High harmonic currents are also reactive. The negative effect associated with reactive currents, as is known, consists in additional unproductive energy losses in the power system.

В заявленном способе задача повышения качества и эффективности использования электроэнергии решается путем снижения ее непроизводительных потерь. При этом предлагается в те моменты времени, когда нагрузка в энергосистеме проявляет реактивный характер, из потока мощности, отбираемого активно-реактивной нагрузкой, извлекать индуктивную составляющую тока гармоники основной частоты и реактивные токи высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, и после преобразования возвращать в энергосистему в виде активной энергии посредством тока основной частоты. В те же моменты времени, когда нагрузка энергосистемы меняет свой характер на емкостной, предлагается посредством дополнительного регулируемого источника мощности, в качестве которого целесообразно использовать ШИМ-инвертор транзисторного типа, генерировать в энергосистему компенсирующий ток, величина и фаза которого формируется за счет энергии тока основной частоты, таким образом, чтобы скорректировать коэффициент мощности энергосистемы до заданной величины.In the claimed method, the task of improving the quality and efficiency of energy use is solved by reducing its unproductive losses. At the same time, it is proposed at those times when the load in the power system is reactive in nature to extract the inductive component of the harmonic current of the fundamental frequency and the reactive currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced, from the power flow selected by the active-reactive load, and return it to the power system after conversion in the form of active energy by means of a current of fundamental frequency. At the same time when the load of the power system changes its character to capacitive, it is proposed by means of an additional regulated power source, which is advisable to use a PWM inverter of transistor type, to generate a compensating current in the power system, the magnitude and phase of which is formed due to the energy of the main frequency current , so as to adjust the power factor of the power system to a predetermined value.

Задача извлечения упомянутых реактивных составляющих решается применением полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя, построенного на IGBT модулях. Протекание реактивных токов в каждом из плеч полностью управляемого транзисторного выпрямителя обеспечивается, в каждый полупериод питающего напряжения, действием ЭДС самоиндукции. При этом транзисторы каждого из плеч управляемого моста открываются под воздействием ЭДС самоиндукции на время, в течение которого в энергосистеме протекают реактивные составляющие токов гармоник: основной частоты и высших составляющих. 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 тех составляющих тока, которые задаются сигналом управления. На выходе управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя присутствует последовательность однополярных периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов, энергия которых эквивалентна извлекаемой из энергосистемы энергии реактивной составляющей токов: основной и высших гармоник; а длительность которых изменяется по закону изменения ее огибающей. Далее, извлеченная энергия накапливается в емкостном накопителе и после преобразования посредством дополнительного регулируемого источника мощности возвращается в энергосистему в виде активной энергии посредством тока основной частоты. При этом контур, в котором замыкается реактивная энергия тока основной частоты и высших гармоник, генерируемая нагрузкой, ограничивается точкой подсоединения устройства, обеспечивающего ее извлечение. Таким образом, энергосистема разгружается от индуктивной составляющей тока.The task of extracting the aforementioned reactive components is solved by the use of a fully controlled transistor PWM rectifier, built on IGBT modules. The flow of reactive currents in 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 under the influence of the self-induction EMF for a time during which the reactive components of the harmonic currents flow in the power system: the fundamental frequency and the higher components. Transistors are controlled by a modulating signal with predetermined characteristics. 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 set by the control signal is carried out. 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 is equivalent to the energy of the reactive component of the currents extracted from the power system: main and higher harmonics; and the duration of which varies according to the law of change of its envelope. Further, the extracted energy is accumulated in the capacitive storage and, after conversion by means of an additional adjustable power source, 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 energy of the current of the fundamental frequency and the higher harmonics generated by the load is closed is limited to the connection point of the device providing its extraction. Thus, the power system is unloaded from the inductive component of the current.

В описанном выше случае формирования ШИМ-инвертором тока компенсации емкостной составляющей управляемый транзисторный ШИМ-выпрямитель работает только с активной составляющей тока в энергосистеме, как обычный мостовой. При этом активная составляющая энергии извлекается как обычно, соответственно, каждым плечом выпрямителя, в течение каждого полупериода питающего напряжения. Управление током компенсации, формируемым ШИМ-инвертором и генерируемым в энергосистему, осуществляют посредством модулирующего сигнала, сформированного посредством тока нагрузки,In the case described above, when the PWM inverter generates a compensation current for the capacitive component, the controlled transistor PWM rectifier only works with the active component of the current in the power system, like a normal bridge. In this case, the active energy component is extracted as usual, respectively, by each rectifier arm, during each half-cycle of the supply voltage. The compensation current generated by the PWM inverter and generated in the power system is controlled by a modulating signal generated by the load current,

Способ осуществляется следующим образом. Нелинейная реактивная нагрузка 8 отбирает из энергосистемы вместе с активной реактивную составляющую энергии, которая при этом, во времени, меняет свой характер. Таким образом, в энергосистеме, наряду с реактивными токами высших гармоник, в разные моменты времени присутствуют или индуктивные, или емкостные токи основной частоты. При этом реактивные токи обуславливают непроизводительные потери мощности. Посредством предлагаемого способа возможно уменьшить реактивные токи, генерируемые нагрузкой с различным характером (индуктивным или емкостным). Рассмотрим реализацию предлагаемого способа в течение фазы генерации нагрузкой индуктивного тока и реактивных токов высших гармоник. Посредством датчика тока 2 и датчика питающего напряжения 15 формируют пропорциональные им сигналы. При этом с выхода датчика тока 2 сигнал, пропорциональный току, отбираемому нагрузкой 8, одновременно поступает на один из входов: фильтра гармоники тока основной частоты 5, блока формирования логического сигнала 6, первого логического блока 16, первого блока формирования модулирующего сигнала 7 - на вход фазокорректирующего звена 18. С выхода датчика питающего напряжения 15 сигнал, пропорциональный питающему нагрузку напряжению, поступает на один из входов: блока формирования логического сигнала 6, первого логического блока 16, второго блока формирования модулирующего сигнала 18, полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3. В блоке 16, построенном в том числе по триггерному принципу, анализируется характер нагрузки 8. При этом из сигналов, пропорциональных току и напряжению, при пересечении последними нулевого уровня формируются последовательность импульсов. В случае если напряжение опережает ток, на выходе блока 16 формируется сигнал разрешения, например логическая единица, в противоположном случае - логический запрет. Таким образом, если нагрузка 8 имеет индуктивный характер, с выхода блока 16 сигнал разрешения поступает на управляющие входы первого блока формирования модулирующего сигнала 7, управляемого масштабного усилителя 11, а сигнал запрета - на второй блок формирования модулирующего сигнала 17. В блоке формирования логического сигнала 6 сравниваются знаки поступающих на его входы с выходов датчика тока 2 и датчика питающего напряжения 15 сигналов, и на его выходе формируется цифровая последовательность нулей и единиц, причем при совпадении знаков сигналов, пропорциональных току и напряжению, на выходе блока 6 формируется логическая единица, а в остальных случаях - логический ноль. Таким образом, логическая единица соответствует той части периода, в течение которого нагрузка 8 отбирает из энергосистемы активную мощность. Далее сигнал с выхода блока 6 поступает на один из сигнальных входов блока формирования модулирующего сигнала 7, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный току, отбираемому нагрузкой 8. Таким образом, в те моменты, в течение которых логический ноль, поступающий с выхода блока 6, совпадает на входе блока 7 с положительной полуволной отбираемого нагрузкой 8 тока, на выходе блока 7 формируются модулирующие импульсы напряжения, пропорциональные индуктивной составляющей тока, отбираемого нагрузкой 8, и синфазные по отношению к ней. В течение времени действия импульсов напряжения, сформированных блоком 7, 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, включающей реактивные токи гармоники основной частоты и высших гармоник, отбираемого активно-индуктивной нагрузкой 8, в форме, способствующей ее накоплению. При этом на его выходе формируется последовательность однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, которая посредством емкостного накопителя 14, поступает на дополнительный регулируемый источник мощности 4, в качестве которого используется ШИМ-инвертор. В емкостном накопителе последовательность однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, энергия которых эквивалентна извлекаемому из энергосистемы реактивному току, включающему индуктивную составляющую тока гармоники основной частоты и реактивные составляющие токов высших гармоник, отбираемому активно-индуктивной нагрузкой, а их длительность изменяется по закону изменения огибающей упомянутой реактивной составляющей тока, накапливается в виде энергии постоянного тока. Полученное таким образом напряжение используется для питания дополнительного регулируемого источника мощности 4, посредством которого накопленная энергия преобразуется в энергию гармоники основной частоты и возвращается в энергосистему. При этом управление блоком 4 осуществляют сигналом, сформированным посредством питающего напряжения, задающим фазу (равную нулю по отношению к питающему напряжению) возвращаемого в энергосистему тока. Очевидно, что мощность, затрачиваемая на формирование тока основной частоты, должна быть больше суммарной реактивной мощности гармоники основной частоты и высших гармоник, извлекаемых из энергосистемы, и, соответственно, накопленной в емкостном накопителе 14 на величину потерь, имеющих место при преобразовании энергии. В связи с этим величина сигнала, управляющего ШИМ-инвертором, должна обеспечивать это соответствие, в противном случае поток мощности в цепи «ШИМ-инвертор - ШИМ-выпрямитель - система энергоснабжения» не будет непрерывным. Величина сигнала, обеспечивающего соответствие упомянутых мощностей, формируется следующим образом. Посредством датчика напряжения 9 формируют сигнал, заранее задаваясь его минимальным значением, пропорциональный извлекаемой из энергосистемы суммарной реактивной мощности высших гармоник и реактивной мощности гармоники основной частоты, поступающий на один из входов блока управления 12, на второй вход которого поступает сигнал, сформированный цепочкой, состоящей из датчика тока 13 и выпрямителя 10, посредством сигнала гармоники основной частоты и пропорциональный мощности, возвращаемой в энергосистему, с помощью управляемого преобразователя мощности 4. При этом в блоке управления 12 упомянутые сигналы сравниваются по величине, и их разница преобразуется в пропорциональный ей сигнал, который поступает на управляющий вход управляемого масштабного усилителя 11 и который управляет сигналом, сформированным описанным выше способом, из питающего нагрузку напряжения, поступающим на его сигнальный вход. Таким образом, величина сигнала, управляющего работой ШИМ-инвертора, и, следовательно, управляющая величиной мощности, возвращаемой в энергосистему, формируется в зависимости от соотношения мощностей: извлекаемой из энергосистемы суммарной реактивной мощности высших гармоник и реактивной мощности гармоники основной частоты и мощности, возвращаемой в энергосистему. При этом величина тока, генерируемого в энергосистему, увеличивается до тех пор, пока напряжение в емкостном накопителе 14 не достигнет минимальной величины. Таким образом, снижение напряжения в емкостном накопителе 14 до минимального уровня отражает тот факт, что практически вся извлекаемая из энергосистемы реактивная мощность преобразуется в энергию гармоники основной.The method is as follows. Nonlinear reactive load 8 selects from the power system together with the active reactive component of energy, which at the same time changes its character. Thus, in the power system, along with reactive currents of higher harmonics, either inductive or capacitive currents of the fundamental frequency are present at different instants of time. In this case, reactive currents cause unproductive power losses. By the proposed method, it is possible to reduce the reactive currents generated by the load with a different nature (inductive or capacitive). Consider the implementation of the proposed method during the phase of the generation of a load of inductive current and reactive currents of higher harmonics. By means of a current sensor 2 and a supply voltage sensor 15, signals proportional to them are generated. At the same time, from the output of the current sensor 2, a signal proportional to the current taken by the load 8 is simultaneously fed to one of the inputs: a harmonic filter of the current of the fundamental frequency 5, a logical signal generating unit 6, the first logical unit 16, and the first modulating signal generating unit 7 to the input phase-correcting link 18. From the output of the supply voltage sensor 15, a signal proportional to the supply voltage to the load is supplied to one of the inputs: a logical signal generating unit 6, a first logical unit 16, a second block f rmirovaniya modulating signal 18, a fully managed transistor PWM rectifier 3. In block 16, built including trigger principle analyzed nature of the load 8. In this case, from signals proportional to current and voltage, at the last zero crossing pulses generated sequence. If the voltage is ahead of the current, an enable signal is generated at the output of block 16, for example, a logical unit, in the opposite case, a logical ban. Thus, if the load 8 is inductive, from the output of block 16 the enable signal is supplied to the control inputs of the first modulating signal generating unit 7, controlled by a large-scale amplifier 11, and the inhibit signal is transmitted to the second modulating signal generating unit 17. In the logical signal generating unit 6 the signs of the signals arriving at its inputs from the outputs of the current sensor 2 and the sensor of the supply voltage 15 are compared, and a digital sequence of zeros and ones is formed at its output, and if the signs coincide with Ignals proportional to current and voltage, a logical unit is formed at the output of block 6, and in other cases a logical zero. Thus, the logical unit corresponds to that part of the period during which the load 8 selects active power from the power system. Next, the signal from the output of block 6 is fed to one of the signal inputs of the block for generating the modulating signal 7, the second input of which receives a signal proportional to the current taken by the load 8. Thus, at those moments during which the logical zero coming from the output of block 6 coincides at the input of block 7 with the positive half-wave of the current taken by load 8, modulating voltage pulses are generated at the output of block 7, which are proportional to the inductive component of the current taken by load 8, and in-phase with respect to . During the duration of the action of voltage pulses generated by block 7, 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 is extracted, which includes the reactive currents of the harmonics of the fundamental frequency and higher harmonics, selected by the active-inductive load 8, 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 14, is supplied to an additional regulated power source 4, 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 is equivalent to the reactive current extracted from the power system, including the inductive component of the harmonic current of the fundamental frequency and the reactive components of the higher harmonics currents, selected by the active-inductive load, and their duration varies according to the law of change the envelope of said reactive component of the current is accumulated in the form of direct current energy. The voltage thus obtained is used to power an additional regulated power source 4, 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 4 is carried out by a signal generated by the supply voltage, specifying the phase (equal to zero in relation to the supply voltage) of the current returned to the power system. Obviously, the power spent on generating the fundamental frequency current must be greater than the total reactive power of the fundamental frequency harmonics and higher harmonics extracted from the power system, and, accordingly, accumulated in the capacitive storage 14 by the amount of losses that occur during energy conversion. In this regard, the magnitude of the signal controlling the PWM inverter must ensure this correspondence, otherwise the power flow in the circuit "PWM inverter - PWM rectifier - power supply system" will not be continuous. The magnitude of the signal, ensuring compliance with the mentioned powers, is formed as follows. By means of a voltage sensor 9, a signal is generated, predetermined by its minimum value, proportional to the total reactive power of the higher harmonics and the reactive power of the fundamental frequency harmonic extracted from the power system, fed to one of the inputs of the control unit 12, to the second input of which a signal formed by a circuit consisting of a current sensor 13 and a rectifier 10, by means of a harmonic signal of the fundamental frequency and proportional to the power returned to the power system using a controlled conversion power indicator 4. In this case, the control signals 12 are compared in magnitude, and their difference is converted into a signal proportional to it, which is fed to the control input of the controlled scale amplifier 11 and which controls the signal generated by the method described above from the voltage supplying the load at its signal input. Thus, the magnitude of the signal that controls the operation of the PWM inverter, and therefore, controls the amount of power returned to the power system, is formed depending on the power ratio: the total reactive power of the higher harmonics extracted from the power system and the harmonic reactive power of the fundamental frequency and the power returned to power system. In this case, the magnitude of the current generated in the power system increases until the voltage in the capacitive storage 14 reaches the minimum value. Thus, the decrease in voltage in the capacitive storage 14 to a minimum level reflects the fact that almost all of the reactive power extracted from the power system is converted into the fundamental harmonic energy.

В случае если нагрузка 8 имеет емкостной характер, с выхода блока 16 сигнал запрета поступает на управляющие входы первого блока формирования модулирующего сигнала 7, управляемого масштабного усилителя 11, а сигнал разрешения - на второй блок формирования модулирующего сигнала 17. При этом блокируется работа блоков 7 и 11. В блоке 17 из аналогового сигнала, поступающего на его сигнальный вход, пропорционального току, отбираемому нагрузкой 8 и скорректированному в фазокорректирующем звене 18 на угол, определяемый изначально по условию формирования генерируемого, посредством дополнительного регулируемого источника мощности 4 - индуктивного тока - формируется модулирующий сигнал управления последним. При этом, в случае если необходимо полностью компенсировать емкостную составляющую тока, упомянутый аналоговый сигнал, поступающий в блок 17, сдвигается на 180 эл. градусов. Таким образом, в энергосистему генерируется сформированный описанным способом ток компенсации емкостной составляющей.If the load 8 is capacitive in nature, from the output of block 16 the inhibit signal is supplied to the control inputs of the first modulating signal generating unit 7, controlled by a large-scale amplifier 11, and the enable signal is sent to the second modulating signal generating unit 17. In this case, the operation of blocks 7 and 11. In block 17 of the analog signal supplied to its signal input, proportional to the current selected by the load 8 and adjusted in the phase-correcting link 18 to an angle that is initially determined by the condition is formed I generated by a controlled source of additional power 4 - inductive current - the latter is formed modulating control signal. Moreover, in case it is necessary to completely compensate for the capacitive component of the current, the aforementioned analog signal entering the block 17 is shifted by 180 el. degrees. Thus, in the power system generated by the described method, the compensation current of the capacitive component.

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. 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.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. 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 качества и эффективности использования электроэнергии добиваются того, что реактивную составляющую потока мощности энергосистемы снижают в зависимости от ее характера: либо посредством извлечения индуктивной составляющей энергии, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяются по закону изменения огибающей индуктивной составляющей тока, либо посредством генерации в энергосистему компенсирующего тока емкостной составляющей, с помощью дополнительного регулируемого источника мощности.Thus, as a result of the sequence of actions reproduced in accordance with the claimed method, improving the quality and efficiency of electricity use, it is achieved that the reactive component of the power flow of the power system is reduced depending on its nature: either by extracting the inductive component of energy, in the form of an equivalent energy of a unipolar sequence periodically repeating pulse-width modulated current pulses, the duration of which vary according to the law of change the envelope of the inductive component of the current, or by generating a compensating current of the capacitive component in the power system using an additional adjustable power source.

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)

Способ повышения качества и эффективности использования электроэнергии, при осуществлении которого непроизводительные потери мощности в энергосистеме снижают посредством утилизации части энергии, которую после преобразования в ток основной частоты, возвращают в энергосистему, отличающийся тем, что непроизводительные потери мощности в энергосистеме снижают посредством утилизации части энергии только в случае, если нагрузка носит активно-индуктивный характер, при этом, если характер нагрузки изменяется на емкостной, в энергосистему посредством дополнительного регулируемого источника мощности генерируют, формируемый из тока, питающего нагрузку, компенсирующий ток, величину и фазу которого формируют за счет энергии тока основной частоты, таким образом, чтобы скорректировать коэффициент мощности энергосистемы до величины, которую задают изначально, а ток основной частоты, генерируемый в энергосистему, формируют посредством упомянутого дополнительного регулируемого источника мощности, управление которым осуществляют посредством сформированного из напряжения, питающего нагрузку, модулирующего сигнала, величину которого предварительно формируют как геометрическую разность сигналов, пропорциональную составляющим мощности извлекаемой из энергосистемы реактивной составляющей и генерируемой в энергосистему, посредством тока основной частоты, причем питание дополнительного регулируемого источника мощности осуществляют за счет энергии реактивных составляющих токов основной частоты и группы высших гармоник, которые извлекают из энергосистемы в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения огибающей извлекаемого суммарного реактивного тока посредством полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа, извлечением которого управляют посредством модулирующего сигнала, который, в свою очередь, предварительно формируют по результату сравнения знаков двух его составляющих - аналоговой, пропорциональной извлекаемой индуктивной составляющей тока и составляющей, которую в случае равенства знаков сравниваемых напряжений: питающего нагрузку и пропорционального упомянутой аналоговой составляющей, формируют в виде логического сигнала, при этом в случае, если знаки составляющих модулирующего сигнала противоположны, посредством последнего в каждый полупериод питающего нагрузку напряжения осуществляют извлечение упомянутого индуктивного тока. A method of improving the quality and efficiency of energy use, in which the unproductive power losses in the power system are reduced by utilizing a part of the energy, which, after conversion to a main frequency current, is returned to the power system, characterized in that the unproductive power losses in the power system are reduced by utilizing a part of the energy only if the load is of an active-inductive nature, while if the nature of the load changes on a capacitive, into the power system by means of an additional adjustable power source, a current compensating current is generated from the current supplying the load, the magnitude and phase of which is formed by the energy of the main frequency current, so as to adjust the power factor of the power system to the value that is initially set, and the main frequency current generated into the power system, is formed by means of the said additional regulated power source, which is controlled by means of a voltage generated, p emitting a load, a modulating signal, the value of which is preliminarily formed as the geometric difference of the signals proportional to the power components of the reactive component extracted from the power system and generated into the power system by the main frequency current, and the additional regulated power source is supplied by the energy of the reactive components of the main frequency currents and groups higher harmonics that are extracted from the power system in the form of an equivalent sequence energy unipolar periodically repeating pulse-width modulated current pulses, the duration of which varies according to the law of the envelope of the extracted total reactive current by means of a fully controlled transistor-type PWM rectifier, the extraction of which is controlled by a modulating signal, which, in turn, is preliminarily formed by comparing the signs of its two components - analog, proportional to the extracted inductive component of the current and the component, which in the case of equal The signs of the signs of the compared voltages: supplying the load and proportional to the mentioned analog component, are formed in the form of a logical signal, in this case, if the signs of the components of the modulating signal are opposite, by means of the latter, the said inductive current is extracted in each half-cycle of the supply voltage.
RU2010134134/07A 2010-08-13 2010-08-13 Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8) RU2442262C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134134/07A RU2442262C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134134/07A RU2442262C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2442262C1 true RU2442262C1 (en) 2012-02-10

Family

ID=45853808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010134134/07A RU2442262C1 (en) 2010-08-13 2010-08-13 Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2442262C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103812135B (en) Improve LCL type combining inverter to the control method of light current net adaptive capacity
CN101867196B (en) Method for uniformly controlling distribution type grid-connected power generation and active power filter
CN103887797A (en) Control method for limiting offset current of active power filter
US11637493B2 (en) Electrical circuits for power factor correction by measurement and removal of overtones and power factor maximization
CN102231534A (en) Two-stage single-phase photovoltaic grid-connected system and control method thereof adopting DC side voltage sensor-free control strategy
Rajakumar et al. Enhancement of power quality using double‐band hysteresis controller for the grid integrated renewable energy system
CN102684192A (en) Current control method for active power filter
Balamurugan et al. Solar PV Based Shunt Active Filter with p-q Theory Control for Improvement of Power Quality
CN101969272B (en) Grid-connected current control device of photovoltaic inverter
CN103326602B (en) A kind of inverter
Adam et al. Harmonic current compensation using active power filter based on model predictive control technology
Kadu et al. Application of STATCOM for harmonic mitigation and power factor improvement using direct current control technique
Serban et al. Electronic load controller for stand-alone generating units with renewable energy sources
RU2442262C1 (en) Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 8)
CN103166234B (en) Single phase grid-connected inverter reactive output control method
CN103311954B (en) A kind of solar cell system
Qi et al. Development of a photovoltaic array simulator based on buck convertor
RU2442260C1 (en) Method for increasing quality and efficiency of power usage (variant 7)
CN207832853U (en) A kind of harmonic compensation formula can present electronic simulation load
RU2435273C1 (en) Method to increase efficiency of power usage (version 1)
Arif et al. Integrated grid inductance estimation technique for finite control set model predictive control in grid connected converters
RU2442263C1 (en) METHOD FOR SUPPLYING POWER FROM n-PHASE POWER SUPPLY (VARIANT 2)
RU2435279C1 (en) Method to increase quality and efficiency of electric energy usage (version 6)
RU2447562C1 (en) Method for quality and efficiency improvement for electric power use (version 9)
RU2459336C2 (en) Method to increase quality and efficiency of electric energy usage (version 1)

Legal Events

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

Effective date: 20120814