RU2444833C1 - Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load - Google Patents
Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444833C1 RU2444833C1 RU2010126824/07A RU2010126824A RU2444833C1 RU 2444833 C1 RU2444833 C1 RU 2444833C1 RU 2010126824/07 A RU2010126824/07 A RU 2010126824/07A RU 2010126824 A RU2010126824 A RU 2010126824A RU 2444833 C1 RU2444833 C1 RU 2444833C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- components
- signals
- phase
- output value
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке, входящим в состав автономной системы генерирования электрической энергии, системы бесперебойного электропитания, системы электроснабжения и др.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control a three-phase static converter with an asymmetric load, which is part of an autonomous system for generating electrical energy, uninterruptible power supply systems, power supply systems, etc.
Известен векторный способ управления трехфазным статическим преобразователем [Патент РФ №2207698 H02M 7/72, H02P 9/42, 21/00. Векторный способ управления четырехквадрантым инвертором напряжения в составе системы генерирования электрической энергии переменного тока / С.А.Харитонов, А.А.Стенников. - опубл. 27.06.2003. - бюл №18], состоящий в том, что измеряют напряжение и мощность синхронного генератора, напряжение сети и напряжение на фильтровом конденсаторе звена постоянного тока, преобразуют напряжение синхронного генератора и напряжение сети из трехфазной abc-системы координат в двухфазную α, β-систему координат, для двухфазной системы координат формируют сигнал задания на нулевой фазный угол выходного тока для каждой выходной фазы преобразователя синфазно с напряжением соответствующей фазы сети и сигнал задания на выходную мощность статического преобразователя, причем сигнал задания на мощность на 90° опережает сигнал задания на нулевой фазный угол выходного тока, α- и β-составляющие сигнала задания на нулевой фазный угол выходного тока формируют пропорционально α- и β-составляющим преобразованным фазным напряжениям сети, α-составляющую сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя формируют как произведение β-составляющей напряжения сети и сигнала, формируемого как разность сигнала, пропорционального мощности, отдаваемой генератором, и сигнала, определяемого как разность сигнала задания на напряжение на фильтровом конденсаторе и сигнала обратной связи напряжения на фильтровом конденсаторе, β-составляющую сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя формируют как произведение α-составляющей напряжения сети, взятой с обратным знаком, и сигнала, формируемого как разность сигнала, пропорционального мощности, отдаваемой генератором, и сигнала, определяемого как разность сигнала задания на напряжение на фильтровом конденсаторе и сигнала обратной связи напряжения на фильтровом конденсаторе, формируют α- и β-составляющие регулирующего сигнала суммированием соответственно α- или β-составляющих сигнала задания на нулевой фазный угол выходного тока и сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя, формируют модулирующий сигнал инвертором путем преобразования α- и β-составляющих регулирующего сигнала из двухфазной α, β-системы координат в трехфазную abc-систему координат.There is a vector method for controlling a three-phase static converter [RF Patent No. 2207698 H02M 7/72, H02P 9/42, 21/00. A vector way to control a quadrant voltage inverter as part of an alternating current electric energy generation system / S.A. Kharitonov, A.A. Stennikov. - publ. 06/27/2003. - Bulletin No. 18], which measures the voltage and power of the synchronous generator, the network voltage and the voltage at the filter capacitor of the DC link, converts the voltage of the synchronous generator and the network voltage from a three-phase abc coordinate system to a two-phase α, β coordinate system , for a two-phase coordinate system, a reference signal is generated for the zero phase angle of the output current for each output phase of the converter in phase with the voltage of the corresponding network phase and a reference signal for the static output power converter, and the power reference signal is 90 ° ahead of the reference signal at the zero phase angle of the output current, the α and β components of the reference signal at the zero phase angle of the output current are formed proportionally to the α and β components of the converted phase network voltages, the α component the signal of the task for the output power of the static converter is formed as the product of the β-component of the mains voltage and the signal generated as the difference of the signal proportional to the power supplied by the generator and the signal is determined much like the difference between the voltage reference signal at the filter capacitor and the voltage feedback signal at the filter capacitor, the β-component of the reference signal to the output power of the static converter is formed as the product of the α-component of the mains voltage taken with the opposite sign and the signal generated as the signal difference proportional to the power supplied by the generator, and a signal defined as the difference between the voltage reference signal at the filter capacitor and the voltage feedback signal at filter capacitor, form the α- and β-components of the control signal by summing respectively the α- or β-components of the reference signal to the zero phase angle of the output current and the reference signal to the output power of the static converter, form a modulating signal with an inverter by converting the α- and β-components of the control signal from a two-phase α, β-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system.
Этот способ реализуется при симметричной системе напряжений сети и учитывает только прямую последовательность трехфазной системы сетевых напряжений. Способ не реализует уменьшение обратной и нулевой последовательностей при несимметричной системе напряжений. Обратная последовательность напряжения создает тормозной момент при питании от несимметричной системы напряжений электрических машин переменного тока.This method is implemented with a symmetrical network voltage system and takes into account only the direct sequence of the three-phase network voltage system. The method does not realize the reduction of the reverse and zero sequences with an asymmetric voltage system. The reverse voltage sequence creates a braking torque when powered by an asymmetric voltage system of AC electrical machines.
Известен векторный способ управления преобразователем [Патент РФ №2144729 H02M 5/27, G05F 1/40. Векторный способ управления преобразователем / С.А.Харитонов, В.В.Машинский - опубл. 20.01.2000, - бюл №2], который является прототипом предлагаемого изобретения и заключается в том, что измеряют мгновенные значения трехфазной выходной величины инвертора, напряжения или тока, выделяют нулевую последовательность трехфазного выходного напряжения инвертора, преобразуют величины из трехфазной abc-системы координат в двухфазную α, β-систему координат, для двухфазной системы координат и нулевой последовательности формируют эталонные сигналы, причем для нулевой последовательности эталонный сигнал формируют нулевым, формируют сигналы сравнения путем вычитания α, β-составляющих и нулевой последовательности напряжения трехфазного выходного напряжения инвертора из соответствующих эталонных сигналов, пропорционально результатам сравнения формируют соответствующие управляющие сигналы, которые преобразуют из двухфазной системы α, β-координат в трехфазную abc-систему координат, формируют трехфазный модулирующий сигнал суммированием преобразованных α- и β-составляющих управляющих сигналов и регулирующего сигнала нулевой последовательности.There is a vector method for controlling a converter [RF Patent No. 2144729 H02M 5/27,
При использовании статического преобразователя для преобразования энергии первичного источника в выходную энергию с заданными параметрами в результате коммутации вентилей преобразователя выходная величина, напряжение или ток будет содержать широкий спектр гармонических составляющих. Поэтому при преобразовании в двухфазную систему координат преобразованные сигналы будут содержать кроме основной гармонической составляющей так же широкий спектр гармонических составляющих.When using a static converter to convert the energy of the primary source into the output energy with the specified parameters as a result of switching the converter valves, the output quantity, voltage or current will contain a wide range of harmonic components. Therefore, when converted to a two-phase coordinate system, the converted signals will contain, in addition to the main harmonic component, a wide range of harmonic components.
Качество формируемой электроэнергии при данном способе управления будет низким, так как этот способ не регулирует обратную последовательность трехфазной системы выходных напряжений, возникающую при несимметричной нагрузке. Кроме этого, используемое преобразование в α, β-систему координат, где составляющие представляют собой синусоидальные сигналы, не позволяет реализовать высокую точность стабилизации или регулирования напряжения прямой последовательности из-за конечности коэффициентов усиления соответствующих статических контуров регулирования по α- и β-составляющим.The quality of the generated electricity with this control method will be low, since this method does not regulate the reverse sequence of the three-phase system of output voltages that occurs with an asymmetric load. In addition, the conversion used to the α, β coordinate system, where the components are sinusoidal signals, does not allow for high accuracy of stabilization or regulation of direct sequence voltage due to the finiteness of the gain of the corresponding static control loops for α and β components.
Задача изобретения заключаются в повышении качества формируемой электроэнергии при несимметричной нагрузке и повышении точности стабилизации прямой последовательности выходной величины.The objective of the invention is to improve the quality of the generated electricity with an asymmetric load and increase the accuracy of stabilization of the direct sequence of the output quantity.
Поставленная задача достигается тем, что в известном векторном способе управления трехфазным преобразователем, заключающемся в том, что измеряют мгновенные значения трехфазной выходной величины преобразователя, напряжения или тока, преобразуют измеренную величину из трехфазной abc-системы координат в двухфазную систему координат, для двухфазной системы координат формируют эталонные сигналы, формируют сигналы сравнения, формируют регулирующие сигналы, которые преобразуют из двухфазной системы координат в трехфазную abc-систему координат, пропорционально преобразованным сигналам формируют трехфазный модулирующий сигнал преобразователя, трехфазную выходную величину преобразуют во вращающуюся с постоянной частотой основной гармонической составляющей выходной величины Ω dq-систему координат, формируют нулевые эталонные сигналы гармонических составляющих для d- и q-составляющих выходной величины, для d-составляющей выходной величины эталонный сигнал формируют соответственно номинальному значению выходной величины, эталонный сигнал q-составляющей выходной величины формируют нулевым, указанные сигналы сравнения d- и q-составляющих выходной величины формируют путем интегрирования разностей соответствующих эталонных сигналов и сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим выходной величины, формируют разностные сигналы путем вычитания сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим выходной величины из соответствующих эталонных сигналов гармонических составляющих, в разностных сигналах для d- и q-составляющих выходной величины выделяют гармонические составляющие с большим коэффициентом усиления, и указанные регулирующие сигналы для d- и q-составляющих выходной величины формируют суммированием соответствующих сигналов сравнения и выделенных гармонических составляющих для d- и q-составляющих выходной величины.The problem is achieved in that in the known vector method for controlling a three-phase converter, which consists in measuring the instantaneous values of a three-phase output value of the converter, voltage or current, converting the measured value from a three-phase abc coordinate system to a two-phase coordinate system, for a two-phase coordinate system reference signals, form comparison signals, form control signals that convert from a two-phase coordinate system to a three-phase abc coordinate system nat, proportionally to the converted signals, they form a three-phase modulating signal of the converter, a three-phase output quantity is converted into a dq coordinate system rotating at a constant frequency of the main harmonic component of the output quantity Ω, zero reference signals of harmonic components for the d- and q-components of the output quantity are generated, for d- component of the output quantity, the reference signal is formed according to the nominal value of the output quantity, the reference signal is the q-component of the output quantity form zero, these comparison signals of the d- and q-components of the output quantity are formed by integrating the differences of the corresponding reference signals and signals proportional to the d- and q-components of the output quantity, the difference signals are formed by subtracting signals proportional to the d- and q-components of the output quantity from the corresponding reference signals of the harmonic components, in the difference signals for the d and q components of the output quantity, harmonic components with a large gain are extracted, and These control signals for the d- and q-components of the output quantity are formed by summing the corresponding comparison signals and the selected harmonic components for the d- and q-components of the output quantity.
На фиг.1 приведена одна из возможных структурных схем, реализующая предлагаемый способ при стабилизации выходного напряжения преобразователя. На фиг.2 и фиг.3 даны результаты моделирования предложенного векторного способа управления. Схема (фиг.1) содержит систему импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1), выходы которой соединены с силовой схемой статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2). Силовая схема преобразователя соединена также с первичным источником электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3). Выход силовой схемы статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2) через выходной фильтр Ф (блок 4) соединен с несимметричной нагрузкой Н (блок 5). Одновременно выход преобразователя непосредственно соединен с входами преобразователя координат ПК (блок 6). Выходы преобразователей координат ПК через пропорциональные звенья (блок 7) и (блок 8) соединены с соответствующими вычитаемыми входами схем вычитания d- и q-составляющих (блоки 9 и 10). Вторые уменьшаемые входы указанных схем вычитания последовательностей соединены с выходами схем формирования эталонных сигналов d- и q-составляющих напряжения и (блоки 11 и 12). Выходы соответствующих схем вычитания соединены с входами интеграторов регуляторов d- и q-составляющих Иd и Иq(блоки 13 и 14). Одновременно выходы пропорциональных звеньев (блок 7) и (блок 8) соединены с вычитающими входами схем вычитания (блоки 13 и 14). Уменьшаемые входы схем вычитания (блоки 13 и 14) соединены с соответствующими выходами схем формирования эталонных сигналов гармонических составляющих и (блоки 15 и 16). Выходы схем вычитания (блоки 13 и 14) соединены с входами схем выделения гармонических составляющих Wpi (блоки 21, …, 26) для d- и q-составляющих. Выходы схем выделения гармонических составляющих Wpi (блоки 21, …, 26) поступают на сумматоры d-составляющей (блок 27) и q-составляющей (блок 28), выходы которых соединены с входами соответствующих сумматоров (блоки 19 и 20). Вторые входы сумматоров соединены с выходами соответствующих интеграторов (блоки 17 и 18).Figure 1 shows one of the possible structural schemes that implements the proposed method for stabilizing the output voltage of the Converter. Figure 2 and figure 3 shows the simulation results of the proposed vector control method. The circuit (Fig. 1) contains a SIFU pulse-phase control system (block 1), the outputs of which are connected to the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2). The power circuit of the converter is also connected to the primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3). The output of the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2) through the output filter Ф (block 4) is connected to the unbalanced load N (block 5). At the same time, the converter output is directly connected to the inputs of the PC coordinate converter (block 6). Outputs of PC coordinate converters via proportional links (block 7) and (block 8) are connected to the corresponding deductible inputs of the subtraction schemes of d- and q-components (blocks 9 and 10). The second diminished inputs of these sequence subtraction schemes are connected to the outputs of the d-and q-component voltage generating circuits and (blocks 11 and 12). The outputs of the corresponding subtraction schemes are connected to the inputs of the regulator integrators of the d- and q-components And d and And q (blocks 13 and 14). At the same time, proportional link outputs (block 7) and (block 8) are connected to the subtracting inputs of the subtraction schemes (blocks 13 and 14). The reducible inputs of the subtraction schemes (blocks 13 and 14) are connected to the corresponding outputs of the schemes for generating the reference signals of harmonic components and (blocks 15 and 16). The outputs of the subtraction circuits (blocks 13 and 14) are connected to the inputs of the harmonic component extraction circuits W pi (blocks 21, ..., 26) for the d and q components. The outputs of the harmonic component extraction circuits W pi (blocks 21, ..., 26) are fed to the adders of the d-component (block 27) and q-component (block 28), the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding adders (blocks 19 and 20). The second inputs of the adders are connected to the outputs of the respective integrators (blocks 17 and 18).
Выходы сумматоров (блоки 19 и 20) d- и q-составляющих соединены с входами схем обратного преобразования координат ПК-1 (блок 29). Выходы схем обратного преобразования координат ПК-1 соединены с входами системы импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1).The outputs of the adders (blocks 19 and 20) of the d- and q-components are connected to the inputs of the circuits of the inverse coordinate transformation PC -1 (block 29). The outputs of the circuits of the inverse coordinate transformation PC -1 are connected to the inputs of the pulse-phase control system of SIFU (block 1).
Система импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1) представляет собой стандартную систему управления, реализующую вертикальный принцип управления (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980). Силовая схема статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2) - автономный инвертор напряжения на полностью управляемых ключах (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980); первичный источник электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3) - источник постоянного напряжения, например выпрямитель по любой известной схеме (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980) или аккумуляторная батарея; выходной фильтр Ф (блок 4) - низкочастотный фильтр, подавляющий высокочастотные составляющие спектра выходной величины, например однозвенный LC-фильтр; несимметричная нагрузка Н (блок 5) - параллельное или последовательное включение резистора и дросселя.The SIFU pulse-phase control system (block 1) is a standard control system that implements the vertical control principle (see BCRudenko, V.I.Senko, I.M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M.: Higher school, 1980). The power circuit of a static frequency inverter (block 2) is an autonomous voltage inverter using fully controllable switches (see BC Rudenko, V. I. Senko, I. M. Chizhenko. Fundamentals of converter technology. - M.: Higher school, 1980) ; the primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3) is a constant voltage source, for example, a rectifier according to any known scheme (see BCRudenko, V.I.Senko, I.M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M .: Higher. school, 1980) or battery; output filter F (block 4) is a low-pass filter that suppresses the high-frequency components of the spectrum of the output value, for example, a single-link LC filter; unbalanced load N (block 5) - parallel or series connection of the resistor and inductor.
Преобразователь координат ПК (блок 6) реализуют преобразование Парка сигналов из abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω dq-систему координат (см. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и могут представлять собой умножители аналоговых сигналов (см. Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.). Пропорциональные звенья (блоки 7, 8), схемы вычитания (блоки 9, 10 13 и 14), интеграторы (блоки 17 и 18) и сумматоры (блоки 19, 20, 27 и 28) представляют собой типовые элементарные звенья, известные из теории автоматического регулирования (см. Теория автоматического управления. Ч1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977). Схемы формирования эталонных сигналов (блоки 11, 12, 15 и 16) - параметрические стабилизаторы напряжения (см. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986). Схемы обратного преобразования координат ПК-1 (блок 29) реализует преобразование из вращающейся двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат (см. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и могут представлять собой умножители аналоговых сигналов (см. Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.). Схемы выделения гармонических составляющих Wpi (блоки 21, …, 26) могут представлять собой резонансные звенья, например,The PC coordinate converter (block 6) implements the conversion of the Signal Park from the abc coordinate system to the dq coordinate system rotating at a constant frequency Ω (see Vazhnov A.I. Transient processes in AC machines. - L.: Energy, Leningrad. -nie, 1980) and can be multipliers of analog signals (see Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M.: Radio and communications. - 1982. - 112 p.). Proportional links (blocks 7, 8), subtraction schemes (
илиor
, ,
реализуемые в аналоговом виде (см. Теория автоматического управления. Ч1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977), а для исключения температурной зависимости параметров звеньев в цифровом виде (см. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер. - 2006. - 751 с.).implemented in analog form (see. Theory of automatic control.
Способ осуществляется следующим образом. Несимметричное трехфазное напряжение нагрузки Н (блок 5) поступает на выход преобразователя координат ПК (блок 6), на выходе которого формируются d- и q-составляющие выходного напряжения, которые согласуются по величине с эталонными сигналами и (блоки 11 и 12), пропорциональными звеньями и (блоки 7 и 8). На выходах схем вычитания (блоки 9 и 10) формируется разность соответствующих эталонных сигналов и d- и q-составляющих выходного напряжения. При наличии несимметричной нагрузки прямая последовательность при преобразовании в dq-систему координат образует сигналы постоянного напряжения в d- и q-составляющих выходного напряжения, а обратная последовательность образует гармонические составляющие в преобразованных сигналах, максимальная по амплитуде из которых представляет собой вторую гармоническую составляющую по отношению к выходной частоте. Эти разности преобразуются интеграторами d-и q-составляющих Иd и Иg (блоки 17 и 18), и на выходах соответствующих интеграторов формируются сигналы сравнения d- и q-составляющих (блоки 17 и 18). Одновременно сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим напряжения нагрузки, поступают на вычитаемые входы соответствующих схем вычитания (блоки 13 и 14). На уменьшаемые входы схем вычитания (блоки 13 и 14) поступают нулевые эталонные сигналы гармонических составляющих и (блоки 15 и 16). На выходах схем вычитания формируются разностные сигналы для d- и q-составляющих. Схемами выделения гармонических составляющих Wpi (блоки 21, …, 26) из разностных сигналов выделяется конечное число гармонических составляющих, которые суммируются (блоки 27 и 28) для d- и q-составляющих и с соответствующими сигналами сравнения (блоки 19 и 20).The method is as follows. An asymmetric three-phase load voltage N (block 5) is supplied to the output of the coordinate converter PC (block 6), at the output of which d- and q-components of the output voltage are formed, which are consistent in magnitude with the reference signals and (blocks 11 and 12), proportional links and (blocks 7 and 8). At the outputs of the subtraction schemes (blocks 9 and 10), a difference is formed between the corresponding reference signals and the d- and q-components of the output voltage. When there is an asymmetric load, the direct sequence when converted into a dq-coordinate system forms constant voltage signals in the d- and q-components of the output voltage, and the reverse sequence forms harmonic components in the converted signals, the maximum amplitude of which is the second harmonic component with respect to output frequency. These differences are converted by the integrators of the d-and q-components And d and And g (blocks 17 and 18), and at the outputs of the corresponding integrators the signals of comparison of the d- and q-components (blocks 17 and 18) are generated. At the same time, signals proportional to the d- and q-components of the load voltage are fed to the deductible inputs of the corresponding subtraction circuits (blocks 13 and 14). At the reduced inputs of the subtraction schemes (blocks 13 and 14), zero reference signals of harmonic components and (blocks 15 and 16). At the outputs of the subtraction schemes, differential signals are generated for the d- and q-components. The harmonic components W pi (blocks 21, ..., 26) are extracted from the difference signals from a finite number of harmonic components, which are summed (blocks 27 and 28) for the d and q components and with the corresponding comparison signals (blocks 19 and 20).
Сформированные на выходах сумматоров (блоки 19 и 20) сигналы преобразуются схемой обратного преобразования координат ПК-1 (блок 29) из dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат. На выходах схемы обратного преобразования координат ПК-1 (блок 29) пропорционально преобразованным сигналам формируются модулирующие сигналы для системы импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1). По этим модулирующим сигналам система импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1) вырабатывает импульсы управления, которые поступают на управляемые ключи силовой схемы статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2). Ключи силовой схемы переключаются в соответствии с изменением модулирующих сигналов, и тем самым реализуется преобразование электрической энергии первичного источника электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3) в трехфазное напряжение заданной частоты и величины. Выходной фильтр Ф (блок 4) снижает в спектре выходного напряжения его высокочастотные составляющие, приближая форму выходного напряжения к синусоидальной.The signals generated at the outputs of the adders (blocks 19 and 20) are converted by the inverse coordinate transformation circuit PC -1 (block 29) from the dq coordinate system to a three-phase abc coordinate system. At the outputs of the inverse coordinate transformation circuit PC -1 (block 29), modulating signals for the SIFU pulse-phase control system are formed in proportion to the converted signals (block 1). Based on these modulating signals, the SIFU pulse-phase control system (block 1) generates control pulses that are supplied to the controlled keys of the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2). The keys of the power circuit are switched in accordance with the change in the modulating signals, and thereby the conversion of the electrical energy of the primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3) into a three-phase voltage of a given frequency and magnitude is realized. The output filter F (block 4) reduces its high-frequency components in the spectrum of the output voltage, approximating the shape of the output voltage to a sinusoidal one.
Исключение гармонических составляющих в d- и q-составляющих напряжения нагрузки достигается за счет того, что в предложенном способе управления, в отличие от способа-прототипа, для каждой исключаемой гармонической составляющей используется свой и очень большой коэффициент усиления, и выделение каждой составляющей происходит с фазовым сдвигом, близким к нулю. Исключение гармонических составляющих в d- и q-составляющих напряжения нагрузки говорит о том, что в выходном напряжении отсутствует обратная последовательность, за счет чего и повышается качество формируемой энергии.The elimination of harmonic components in the d- and q-components of the load voltage is achieved due to the fact that in the proposed control method, in contrast to the prototype method, for each excluded harmonic component its own and very large gain is used, and each component is extracted with a phase a shift close to zero. The exclusion of harmonic components in the d- and q-components of the load voltage indicates that there is no reverse sequence in the output voltage, due to which the quality of the generated energy increases.
Предложенное преобразование трехфазного напряжения во вращающуюся dq-систему координат приводит к формированию в d- и q-составляющих напряжения нагрузки прямой последовательности напряжения нагрузки в виде сигналов постоянного напряжения. Поэтому предложенное формирование сигналов сравнения путем интегрирования разностей соответствующих эталонных сигналов и сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим выходной величины, позволяет реализовать астатическое регулирование параметров прямой последовательности выходного напряжения и исключить статические ошибки при стабилизации прямой последовательности напряжения нагрузки.The proposed conversion of a three-phase voltage to a rotating dq-coordinate system leads to the formation of a direct sequence of the load voltage in the form of constant voltage signals in the d- and q-components of the load voltage. Therefore, the proposed formation of comparison signals by integrating the differences of the corresponding reference signals and signals proportional to the d- and q-components of the output quantity allows us to implement astatic control of the parameters of the direct sequence of the output voltage and to eliminate static errors when stabilizing the direct sequence of the load voltage.
Согласно блок-схеме на фиг.1 изображения сигналов на выходах сумматоров (блоки 19 и 20) можно записать в виде:According to the block diagram in figure 1, the image of the signals at the outputs of the adders (blocks 19 and 20) can be written in the form:
где - изображение формируемого сигнала на выходе сумматоров;Where - image of the generated signal at the output of the adders;
- изображение эталонных сигналов d- и q-составляющих выходного напряжения; - An image of the reference signals of the d- and q-components of the output voltage;
- изображение эталонных сигналов для выделенных гармонических составляющих в d- и q-составляющих выходного напряжения; - an image of reference signals for the selected harmonic components in the d- and q-components of the output voltage;
- изображение d- и q-составляющих выходного напряжения; - image of the d- and q-components of the output voltage;
, - коэффициенты пропорциональности; , - proportionality coefficients;
Wd(q)(S) - передаточная функция интеграторов d- и q-составляющих выходного напряжения;W d (q) (S) is the transfer function of the integrators of the d- and q-components of the output voltage;
Wpi(S) - изображение передаточной функции схемы выделения i-й гармонической составляющей.W pi (S) - image of the transfer function of the allocation circuit of the i-th harmonic component.
На выходе схемы обратного преобразования координат (блок 29) во временной области формируются модулирующие сигналы для СИФУ:At the output of the inverse coordinate transformation circuit (block 29) in the time domain, modulating signals for SIFU are formed:
где L-1{…} - операция обратного преобразования Лапласа.where L -1 {...} is the inverse Laplace transform operation.
Представим синусную и косинусную функции через экспоненциальные функции по формулам Эйлера:We represent the sine and cosine functions in terms of exponential functions according to Euler's formulas:
Воспользуемся теоремой смещения аргумента S в изображении функции при преобразовании по Лапласу при умножении этой функции во временной области на экспоненциальную функцию и преобразуем в область комплексной переменной S выражения (2) с учетом соотношений (1) и (3). В результате получим изображение фазных модулирующих сигналов в области комплексной переменной S: Uмa(S), Uмb(S), Uмс(S), которые представляют собой алгебраическую сумму выражений (1) со смещенной комплексной переменной S на -jΩ или на +jΩ в зависимости от знака аргумента экспоненциальных функций выражений (3).We use the theorem of displacement of the argument S in the image of the function during the Laplace transform by multiplying this function in the time domain by an exponential function and transforming the expression (2) into the region of the complex variable S taking into account relations (1) and (3). As a result, we obtain an image of phase modulating signals in the region of the complex variable S: U ma (S), U mb (S), U ms (S), which are the algebraic sum of expressions (1) with the shifted complex variable S by -jΩ or by + jΩ depending on the sign of the argument of the exponential functions of expressions (3).
Согласно блок-схеме, изображенной на фиг.1, изображения фазных напряжений нагрузки Uна(S), Uнb(S), Uнc(S) можно записать в виде:According to the block diagram shown in figure 1, the image phase load voltage U on (S), U nb (S), U nc (S) can be written in the form:
где KПЧ - коэффициент усиления силовой схемы преобразователя с учетом СИФУ;where K IF - gain of the power circuit of the Converter taking into account SIFU;
Wнi(S) - передаточная функция линейной части силовой схемы преобразователя с учетом характера и несимметрии нагрузки.W нi (S) - transfer function of the linear part of the power circuit of the converter, taking into account the nature and asymmetry of the load.
Эти фазные напряжения нагрузки преобразуются из трехфазной abc-системы координат в двухфазную, вращающуюся dq-систему координат по известным соотношениям:These phase load stresses are transformed from a three-phase abc coordinate system to a two-phase, rotating dq coordinate system according to known relations:
Если снова представить синусную и косинусную функции через экспоненциальные функции по формулам Эйлера (3) и воспользоваться теоремой смещения комплексного переменного в преобразовании Лапласа, тогда изображения d- и q-составляющих напряжения нагрузки запишутся в виде:If we again represent the sine and cosine functions through exponential functions according to Euler formulas (3) and use the bias theorem of the complex variable in the Laplace transform, then the images of the d- and q-components of the load voltage are written in the form:
Подставим в выражения (6) изображения фазных напряжений (4) и изображения модулирующих напряжений согласно (2) и (1). После достаточно громоздких, но не сложных алгебраических преобразований, выразим из (6) изображения d- и q-составляющих напряжения нагрузки в замкнутой системе регулирования, определяемые параметрами блоков, представленных на фиг.1.We substitute the phase voltage images (4) and the modulating voltage images into expressions (6) according to (2) and (1). After rather cumbersome but not complicated algebraic transformations, we express from (6) the image of the d- and q-components of the load voltage in a closed-loop control system, determined by the parameters of the blocks shown in Fig. 1.
где Where
Rej[…]; Imj[…] - действительная и мнимая части комплексного числа.Re j [...]; Im j [...] are the real and imaginary parts of a complex number.
Определим по выражениям (7) и (8) значение к-й гармонической составляющей ωk в d- и q-составляющих напряжения нагрузки для предлагаемого способа управления. Для этого представим в суммах числителя и знаменателя выражений (7) и (8) передаточные функции схем выделения к-й гармонической составляющей ωk виде:Using expressions (7) and (8), we determine the value of the k-th harmonic component ω k in the d- and q-components of the load voltage for the proposed control method. To do this, we present in the sums of the numerator and denominator of expressions (7) and (8) the transfer functions of the allocation schemes for the k-th harmonic component ω k in the form:
Изображение постоянных эталонных сигналов представим в виде:The image of the constant reference signals can be represented as:
где ; ; ; - постоянные сигналы.Where ; ; ; - constant signals.
После этого приведем к общему знаменателю выражения числителя и знаменателя в выражениях (7) и (8) и заменим комплексную переменную S на jωk. В результате все слагаемые числителя и знаменателя выражений (7) и (8), умноженные на или на , которые равны нулю, обращаются в ноль. В результате в числителе и знаменателе выражений (7) и (8) останутся слагаемые, содержащие произведение передаточных функций схем выделения к-й гармонической составляющей. Выражение (7) и (8) преобразуется к виду:After that, we bring to the common denominator the expressions of the numerator and denominator in expressions (7) and (8) and replace the complex variable S with jω k . As a result, all terms of the numerator and denominator of expressions (7) and (8) multiplied by or at , which are equal to zero, vanish. As a result, in the numerator and denominator of expressions (7) and (8) there will remain terms containing the product of the transfer functions of the allocation schemes of the k-th harmonic component. Expression (7) and (8) is converted to the form:
Если величины ; ;, то это означает, что амплитуда к-й гармонической составляющей в d- и q-составляющих напряжения на нагрузке также равна нулю. Таким образом происходит исключение к-й гармонической составляющей в d- и q-составляющих напряжения на нагрузке.If the quantities ; ;, then this means that the amplitude of the k-th harmonic component in the d- and q-components of the voltage at the load is also equal to zero. Thus, the kth harmonic component is excluded in the d- and q-components of the voltage at the load.
Рассуждая аналогичным образом, можно показать, что при предложенном способе управления повышается качество формируемой электроэнергии за счет исключения в d- и q-составляющих напряжения на нагрузке всех выделенных гармонических составляющих. Тем самым исключается обратная последовательность напряжения на нагрузке, так как именно она создает гармонические составляющие в d- и q-составляющих напряжения на нагрузке.Arguing in a similar way, it can be shown that with the proposed control method, the quality of the generated electric power is increased by eliminating the d- and q-components of the voltage at the load of all the selected harmonic components. This eliminates the reverse sequence of voltage at the load, since it is it that creates harmonic components in the d- and q-components of the voltage at the load.
Аналогичный результат получается, если в качестве схемы выделения гармонических составляющих d- и q-составляющих напряжения на нагрузке трехфазной несимметричной величины будет использоваться звено вида:A similar result is obtained if a link of the form is used as a scheme for separating the harmonic components of the d- and q-components of the voltage at the load of a three-phase asymmetric value:
Определим значения постоянных сигналов в d- и q-составляющих напряжения на нагрузке. Для этого представим передаточные функции интегральных регуляторов d- и q-составляющих напряжения на нагрузке в виде:We determine the values of the constant signals in the d- and q-components of the voltage at the load. To do this, we represent the transfer functions of the integral regulators of the d- and q-components of the voltage at the load in the form:
Выделим передаточные функции интегральных регуляторов d- и q-составляющих напряжения на нагрузке в числителях и знаменателях выражений (7) и (8), приведем числители и знаменатели в этих выражениях к общему знаменателю и примем S=0. В результате получим выражения:We select the transfer functions of the integral regulators of the d- and q-components of the voltage at the load in the numerators and denominators of expressions (7) and (8), we bring the numerators and denominators in these expressions to a common denominator and take S = 0. As a result, we get the expressions:
Из выражений (14) после преобразований можно получить:From the expressions (14) after the transformations, we can obtain:
Последние выражения показывают, что при использовании dq-системы координат, переходе к сигналам постоянного напряжения и формировании сигналов сравнения путем интегрирования соответствующих разностей точность стабилизации d- и q-составляющих напряжения на нагрузке и, следовательно, параметров сигналов прямой последовательности определяется только нестабильностью соответствующих эталонных сигналов и коэффициентов пропорциональности. Точность стабилизации параметров прямой последовательности не зависит от параметров силовой схемы и конечности коэффициентов усиления контуров регулирования и поэтому будет выше, чем в способе-прототипе.Recent expressions show that when using the dq coordinate system, switching to constant voltage signals and comparing comparison signals by integrating the corresponding differences, the stabilization accuracy of the d and q components of the voltage at the load and, therefore, the parameters of the direct sequence signals is determined only by the instability of the corresponding reference signals and proportionality factors. The accuracy of stabilization of the direct sequence parameters does not depend on the parameters of the power circuit and the finiteness of the gain of the control loops and therefore will be higher than in the prototype method.
На фиг.2 представлены результаты моделирования в Matlab Simulink мостового инвертора напряжения, формирующего напряжение частотой 400 Гц и действующим фазным напряжением 115 В (бортовая авиационная система генерирования электрической энергии), без регулирования гармонических составляющих d- и q-составляющих напряжения на нагрузке. Частота переключения ключей инвертора 20 кГц. Активные сопротивления нагрузки для фаз А, В и С соответственно равны 2 Ом, 3 кОм и 3 кОм. Эталонный сигнал для d-составляющей соответствует номинальному значению напряжения на нагрузке, а эталонный сигнал для q -составляющей равен нулю. На фиг.2 изображены фазные напряжения нагрузки (первый график), d- (верхняя кривая) и q- (нижняя кривая) составляющие напряжения нагрузки (второй график) и нулевая последовательность напряжения нагрузки (третий график). На фиг.3 представлены аналогичные, как на фиг.2, кривые при реализации предложенного способа управления и выделении второй гармонической составляющих d- и q-составляющих напряжения на нагрузке. Результаты моделирования показывают, что максимальная по величине вторая гармоническая составляющая исключается в d- и q-составляющих напряжения на нагрузке, и подтверждают эффективность предложенного способа управления.Figure 2 presents the simulation results in Matlab Simulink of a bridge voltage inverter that generates a voltage of 400 Hz and an effective phase voltage of 115 V (on-board aircraft electrical energy generation system), without adjusting the harmonic components of the d- and q-components of the voltage at the load. The switching frequency of the inverter keys is 20 kHz. Active load resistances for phases A, B and C are respectively 2 Ohms, 3 kOhms and 3 kOhms. The reference signal for the d-component corresponds to the nominal value of the voltage at the load, and the reference signal for the q-component is zero. Figure 2 shows the phase voltage of the load (first graph), d- (upper curve) and q- (lower curve) components of the load voltage (second graph) and the zero sequence of the load voltage (third graph). Figure 3 presents the curves similar to those in figure 2 when implementing the proposed control method and highlighting the second harmonic components of the d- and q-components of the voltage at the load. The simulation results show that the maximum second harmonic component is excluded in the d- and q-components of the voltage at the load, and confirm the effectiveness of the proposed control method.
Таким образом, предложенный способ управления позволяет повысить качество формируемой электроэнергии, во-первых, за счет исключения обратной последовательности из трехфазного сигнала при несимметричной нагрузке и, во-вторых, за счет увеличении точности стабилизации прямой последовательности.Thus, the proposed control method allows to improve the quality of the generated electricity, firstly, by eliminating the negative sequence from a three-phase signal with an unbalanced load and, secondly, by increasing the accuracy of stabilization of the direct sequence.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010126824/07A RU2444833C1 (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010126824/07A RU2444833C1 (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010126824A RU2010126824A (en) | 2012-01-10 |
RU2444833C1 true RU2444833C1 (en) | 2012-03-10 |
Family
ID=45783368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010126824/07A RU2444833C1 (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2444833C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697262C1 (en) * | 2018-05-29 | 2019-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы Постоянного Тока" | Control method of voltage inverter in uninterrupted power supply systems and systems of electric energy accumulation at sharply alternating load |
RU2733999C1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-10-09 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Voltage inverter control method in electric energy accumulation systems with sharply alternating load |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4105868A1 (en) * | 1990-03-02 | 1991-09-05 | Hitachi Ltd | Regulating AC motor for balanced interphase currents - using two parallel supplies with coupled current feedback |
RU2144729C1 (en) * | 1998-07-29 | 2000-01-20 | Новосибирский государственный технический университет | Vector method for converter control |
WO2000070734A1 (en) * | 1999-05-12 | 2000-11-23 | Otis Elevator Company | Control of a dc matrix converter |
RU2207698C2 (en) * | 2000-08-01 | 2003-06-27 | Новосибирский государственный технический университет | Vector process for controlling four-quadrant voltage inverter incorporated in ac power generation system |
JP2005261036A (en) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | Controller of power converter |
RU92750U1 (en) * | 2009-12-28 | 2010-03-27 | Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" | ELECTRIC POWER PLANT |
CN101753092A (en) * | 2009-12-21 | 2010-06-23 | 浙江师范大学 | Large-power sensor-free vector controller of electric vehicle |
-
2010
- 2010-06-30 RU RU2010126824/07A patent/RU2444833C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4105868A1 (en) * | 1990-03-02 | 1991-09-05 | Hitachi Ltd | Regulating AC motor for balanced interphase currents - using two parallel supplies with coupled current feedback |
RU2144729C1 (en) * | 1998-07-29 | 2000-01-20 | Новосибирский государственный технический университет | Vector method for converter control |
WO2000070734A1 (en) * | 1999-05-12 | 2000-11-23 | Otis Elevator Company | Control of a dc matrix converter |
RU2207698C2 (en) * | 2000-08-01 | 2003-06-27 | Новосибирский государственный технический университет | Vector process for controlling four-quadrant voltage inverter incorporated in ac power generation system |
JP2005261036A (en) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | Controller of power converter |
CN101753092A (en) * | 2009-12-21 | 2010-06-23 | 浙江师范大学 | Large-power sensor-free vector controller of electric vehicle |
RU92750U1 (en) * | 2009-12-28 | 2010-03-27 | Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" | ELECTRIC POWER PLANT |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697262C1 (en) * | 2018-05-29 | 2019-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы Постоянного Тока" | Control method of voltage inverter in uninterrupted power supply systems and systems of electric energy accumulation at sharply alternating load |
RU2733999C1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-10-09 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Voltage inverter control method in electric energy accumulation systems with sharply alternating load |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010126824A (en) | 2012-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Burger et al. | Fast signal conditioning in single phase systems | |
Hamouda et al. | Unity power factor operation of indirect matrix converter tied to unbalanced grid | |
Rohten et al. | Model predictive control for power converters in a distorted three-phase power supply | |
US11177660B2 (en) | System and method for power converter control for virtual impedance | |
WO2009120832A2 (en) | Dc bus voltage harmonics reduction | |
Rohten et al. | Enhanced predictive control for a wide time-variant frequency environment | |
Naderipour et al. | Hierarchical control strategy for a three-phase 4-wire microgrid under unbalanced and nonlinear load conditions | |
CN111133670B (en) | Controlling a voltage source converter in a DC system | |
EP0610058B1 (en) | Device for suppressing voltage fluctuation and higher harmonics | |
RU2444833C1 (en) | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load | |
RU2475914C1 (en) | Electric energy quality improvement method | |
RU2442275C1 (en) | Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load | |
RU2697262C1 (en) | Control method of voltage inverter in uninterrupted power supply systems and systems of electric energy accumulation at sharply alternating load | |
RU2394346C1 (en) | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load | |
RU2522036C2 (en) | Method for control of three-phase voltage inverter with current stabilisation at transfer to overload mode | |
RU2381609C1 (en) | Method to control static stabilised dc voltage sources operating in parallel into common load | |
KR19990032204A (en) | Harmonics compensation device for improvement of output voltage distortion of uninterruptible power supply | |
RU2452076C2 (en) | Methods for control of static stabilised ac voltage sources working in parallel for common load | |
Dybko et al. | Load leveling for a diesel generator using an energy storage and instantaneous power theory | |
RU2677628C1 (en) | Three-phase reactive power compensator | |
Mehta et al. | Design, analysis and implementation of DSP based single-phase shunt active filter controller | |
RU2256274C1 (en) | Method for control of static stabilized ac voltage sources operating in parallel to common load | |
RU2460194C1 (en) | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry | |
RU2472269C1 (en) | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry | |
RU2380820C1 (en) | Method for control of static stabilised ac voltage sources, working in parallel for common load |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150701 |