RU2446536C1 - Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio - Google Patents
Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446536C1 RU2446536C1 RU2010148940/07A RU2010148940A RU2446536C1 RU 2446536 C1 RU2446536 C1 RU 2446536C1 RU 2010148940/07 A RU2010148940/07 A RU 2010148940/07A RU 2010148940 A RU2010148940 A RU 2010148940A RU 2446536 C1 RU2446536 C1 RU 2446536C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- voltage
- input
- inverter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам подавления и компенсации высших гармоник в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности. Устройство может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий с большим количеством нелинейной нагрузки.The invention relates to electrical engineering and the electric power industry, and in particular to devices for suppressing and compensating for higher harmonics in electric networks and correcting power factor. The device can be used in power supply systems of industrial enterprises with a large amount of non-linear load.
Известно устройство для управления активным фильтром (патент JP №3125354, дата приоритета: 27.09.1991), содержащее сумматор, регуляторы напряжения и тока, генератор, компаратор и вычислительную схему. Сумматор складывает выходной сигнал регулятора напряжения с напряжением сети; генератор вырабатывает опорный фазовый сигнал в результате контроля нулевого уровня выходного сигнала сумматора компаратором. Полученный в результате опорный фазовый сигнал поступает в вычислительную схему. Основная составляющая выходного тока источника питания определяется вычислительной схемой, после чего определяется разность между фактическим током сети и вычисленной основной гармоникой. Выходной сигнал регулятора напряжения, поддерживающего напряжение на стороне постоянного тока преобразователя равным заданной величине, умножается на выходное напряжение источника питания переменного тока, в результате чего определяется сигнал задания по переменному току. Полученный сигнал алгебраически суммируется с разностью между фактическим током сети и вычисленной основной составляющей со знаком, соответствующим компенсации потерь в инверторе.A device for controlling an active filter is known (JP patent No. 3125354, priority date: 09/27/1991), comprising an adder, voltage and current regulators, a generator, a comparator, and a computing circuit. The adder adds the output signal of the voltage regulator to the mains voltage; the generator generates a reference phase signal as a result of monitoring the zero output signal of the adder by the comparator. The resulting reference phase signal is supplied to the computing circuit. The main component of the output current of the power source is determined by the computational circuit, after which the difference between the actual network current and the calculated fundamental harmonic is determined. The output signal of the voltage regulator supporting the voltage on the DC side of the converter equal to a predetermined value is multiplied by the output voltage of the AC power source, as a result of which the AC reference signal is determined. The received signal is algebraically summed with the difference between the actual current of the network and the calculated main component with a sign corresponding to the compensation of losses in the inverter.
Недостатком устройства является невозможность регулятором тока формировать, помимо задания на ток компенсации высших гармоник тока и напряжения, задание на компенсацию реактивной мощности в условиях динамичного режима работы нелинейной нагрузки. Устройство не позволяет выполнять фазовую синхронизацию напряжения и тока сети с целью компенсации реактивной мощности.The disadvantage of this device is the inability of the current regulator to form, in addition to setting the compensation current for higher harmonics of current and voltage, a task for reactive power compensation in a dynamic non-linear load mode. The device does not allow phase synchronization of the voltage and current of the network to compensate for reactive power.
Известен активный фильтр (патент JP №6091711, дата приоритета: 04.03.1988), содержащий инвертор, накопительный конденсатор, вычислительные схемы и блок памяти. Выходной ток активного фильтра корректируется в зависимости от регулирующей величины тока, в качестве которой используется высокочастотная составляющая тока нелинейной нагрузки. Активный фильтр в данном устройстве содержит вычислительные схемы, определяющие разность между регулирующей величиной тока и выходным током фильтра, и блок памяти, на вход которого поступает выходной сигнал схем, где записана, по меньшей мере, часть периода регулирующей величины тока. В самообучающихся схемах управления за опорные приняты моменты времени, следующие через интервалы запаздывания, например, равные одному периоду регулирующей величины тока. Вычислительные схемы вырабатывают сигнал корректировки регулирующей величины тока в результате считывания содержимого блока памяти с опережением опорных моментов времени на определенный интервал, равный времени запаздывания выходного тока фильтра.An active filter is known (JP patent No. 6091711, priority date: 03/04/1988) containing an inverter, a storage capacitor, computational circuits, and a memory unit. The output current of the active filter is adjusted depending on the regulatory value of the current, which is used as the high-frequency component of the current of the nonlinear load. The active filter in this device contains computational circuits that determine the difference between the regulating current value and the output current of the filter, and a memory unit, the input of which receives the output signal of the circuits, where at least part of the period of the regulating current value is recorded. In self-learning control circuits, the time moments following the delay intervals, for example, equal to one period of the current control value, are taken as the reference ones. Computational circuits generate a signal for adjusting the current regulating value as a result of reading the contents of the memory block ahead of the reference time points by a certain interval equal to the delay time of the filter output current.
Недостатком устройства является невозможность выполнения фазовой синхронизации напряжения и тока компенсируемой сети, а механизм подавления высших гармоник основан на корректировке регулирующей величины тока в течение времени запаздывания фильтра, что в условиях режима динамичного изменения тока нелинейной нагрузки не позволит фиксировать и отрабатывать резкие скачки тока сети. В устройстве отсутствует регулятор напряжения накопительного конденсатора для управления величиной компенсационного тока и отработки резких изменений тока компенсируемой нагрузки. Устройство не позволяет инвертору активного фильтра работать с переменной частотой ШИМ.The disadvantage of this device is the impossibility of phase synchronization of the voltage and current of the compensated network, and the mechanism for suppressing higher harmonics is based on the adjustment of the regulating current during the delay time of the filter, which in the conditions of the dynamic change of the current of the nonlinear load will not allow fixing and working out sudden surges of the network current. The device does not have a voltage regulator for the storage capacitor to control the magnitude of the compensation current and to work out sudden changes in the current of the compensated load. The device does not allow the inverter of the active filter to work with a variable frequency PWM.
Известно устройство управления активным фильтром (патент JP №6055009, дата приоритета: 16.11.1987), содержащее блок фазовой синхронизации, вычислительные схемы, накопительный конденсатор и инвертор. Блок фазовой синхронизации вырабатывает фазовые сигналы синхронно с напряжением источника, которые обрабатываются вычислительными схемами. В результате формируются высокочастотные сигналы тока, являющиеся разностью между сигналами тока основной гармоники и сигналами измерения тока нагрузки, которые используются в качестве опорных сигналов при регулировании с применением ШИМ выходного тока активного фильтра.An active filter control device is known (JP patent No. 6055009, priority date: 11.16.1987), comprising a phase synchronization unit, computing circuits, a storage capacitor and an inverter. The phase synchronization unit generates phase signals synchronously with the voltage of the source, which are processed by computer circuits. As a result, high-frequency current signals are generated, which are the difference between the main harmonic current signals and the load current measurement signals, which are used as reference signals when regulating the active filter's output current using PWM.
Недостатком устройства является отсутствие регулятора напряжения накопительного конденсатора, и что инвертор в составе устройства работает с постоянной частотой ШИМ.The disadvantage of this device is the lack of a voltage regulator for the storage capacitor, and that the inverter in the device operates with a constant PWM frequency.
Известен активный фильтр высших гармонических составляющих токов и устройство коррекции коэффициента мощности, принятое за прототип (патент US №5977660, дата приоритета: 08.08.1997), содержащее инвертор, контроллер, накопительные конденсаторы и выходной пассивный сглаживающий фильтр. Контроллер выполняет процедуру прогноза тока в следующий промежуток времени с целью уменьшения создаваемой нагрузкой разницы фаз между током и напряжением сети. Управляющая процедура выполняет интегрирование разницы между реальными токами в линии и их требуемыми значениями в эквивалентные промежутки времени на различных циклах переменного тока основной частоты. Интегральные величины можно комбинировать с пропорционально регулируемыми разностными токами для снижения или полной компенсации гармонических токов. Процедура балансировки токов позволяет активному фильтру выравнивать токи в многофазных силовых линиях. Все эти процедуры можно использовать как по отдельности, так и вместе.Known active filter of higher harmonic components of the currents and the power factor correction device adopted for the prototype (US patent No. 5977660, priority date: 08.08.1997) containing an inverter, controller, storage capacitors and an output passive smoothing filter. The controller performs the current prediction procedure for the next period of time in order to reduce the phase difference created by the load between the current and the mains voltage. The control procedure integrates the difference between the real currents in the line and their required values at equivalent time intervals on various alternating current cycles of the fundamental frequency. Integral values can be combined with proportionally adjustable differential currents to reduce or completely compensate for harmonic currents. The current balancing procedure allows the active filter to equalize currents in multiphase power lines. All these procedures can be used both individually and together.
Недостатком прототипа является невозможность инвертора работать с переменной частотой ШИМ.The disadvantage of the prototype is the inability of the inverter to work with a variable frequency PWM.
Технический результат изобретения заключается в снижении коэффициентов искажения синусоидальности формы кривых тока и напряжения сети при наличии нелинейной нагрузки, режим работы которой связан с динамическим изменением потребляемого несинусоидального тока, и повышении коэффициента мощности сети. Предлагаемое устройство может быть востребовано в сетях предприятий, где широкое распространение получила нелинейная нагрузка в виде различного типа преобразователей частоты систем регулируемого электропривода технологических установок и комплексов.The technical result of the invention is to reduce the distortion coefficients of the sinusoidal shape of the current and network voltage curves in the presence of a non-linear load, the mode of operation of which is associated with a dynamic change in the consumed non-sinusoidal current, and an increase in the power factor of the network. The proposed device can be in demand in enterprise networks, where non-linear load in the form of various types of frequency converters of variable-speed drive systems of technological installations and complexes has become widespread.
Технический результат изобретения достигается тем, что в устройстве компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, содержащем инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, контроллер системы управления снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора, причем вход датчика тока сети соединен с зажимами питающей сети, вход датчика тока фильтра соединен с зажимами линии, питающей выходной сглаживающий пассивный фильтр и инвертор, вход датчика напряжения соединен с зажимами питающей сети, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора, вход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с зажимами накопительного конденсатора, выход датчика тока сети соединен с входом формирователя импульсов, выход датчика тока фильтра соединен с входом формирователя импульсов, выход датчика тока сети соединен с входом регулятора напряжения накопительного конденсатора, выход датчика напряжения соединен с входом фазового преобразователя напряжения, выход фазового преобразователя напряжения соединен с входом блока фазовой синхронизации, выход блока фазовой синхронизации соединен с входом фазового преобразователя тока, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входом фазового преобразователя тока, выход фазового преобразователя тока и выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединены с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора.The technical result of the invention is achieved in that in a device for compensating higher harmonics and correcting a power factor of a network containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, the control system controller is equipped with a filter current sensor, network current sensor, voltage sensor, pulse shaper based on relay controllers with variable hysteresis width, phase current and voltage converters, phase synchronization unit, regulator the voltage of the storage capacitor, and the input of the current sensor is connected to the terminals of the mains supply, the input of the filter of the current sensor is connected to the terminals of the line supplying the output smoothing passive filter and inverter, the input of the voltage sensor is connected to the terminals of the mains, the output of the voltage regulator of the storage capacitor is connected to the driver inputs control keys of the inverter, the input of the storage capacitor voltage regulator is connected to the terminals of the storage capacitor, the output of the current sensor of the network nen with the input of the pulse shaper, the output of the filter current sensor is connected to the input of the pulse shaper, the output of the network current sensor is connected to the input of the storage capacitor voltage regulator, the output of the voltage sensor is connected to the input of the voltage phase converter, the output of the voltage phase converter is connected to the input of the phase synchronization block, output phase synchronization unit is connected to the input of the phase current converter, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the input of the phase about the current converter, the output of the phase current converter and the output of the storage capacitor voltage regulator are connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the inputs of the inverter power switch drivers.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структура устройства, на фиг.2 - формирование импульсов управления силовыми ключами инвертора релейным регулятором. На фиг.1: 1 - нелинейная нагрузка; 2 - инвертор; 3 - накопительный конденсатор; 4 - выходной пассивный фильтр; 5 - датчик напряжения; 6 - фазовый преобразователь напряжения; 7 - блок фазовой синхронизации; 8 - фазовый преобразователь тока; 9 - формирователь импульсов; 10 - датчик тока сети; 11 - регулятор напряжения накопительного конденсатора; 12 - датчик тока фильтра; 13 - контроллер системы управления. На фиг.2: iз - заданный ток фильтра; iф - фактический ток фильтра; Δi - ширина гистерезиса релейного регулятора; Ти - импульсы управления ключами инвертора по напряжению; Ti - импульсы управления ключами инвертора по току.The proposed device is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows the structure of the device, in Fig.2 - the formation of pulses of power control keys of the inverter by a relay controller. In Fig.1: 1 - nonlinear load; 2 - inverter; 3 - storage capacitor; 4 - output passive filter; 5 - voltage sensor; 6 - phase voltage converter; 7 - phase synchronization block; 8 - phase current converter; 9 - pulse shaper; 10 - network current sensor; 11 - voltage regulator of the storage capacitor; 12 - filter current sensor; 13 - controller control system. In Fig.2: i s - a given filter current; i f - the actual filter current; Δi is the hysteresis width of the relay controller; T and - impulses of control of the inverter keys by voltage; T i - pulses of control of the inverter keys by current.
Устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети работает следующим образом. К инвертору 2 подключен накопительный конденсатор 3, к выходу инвертора 2 подключается выходной пассивный фильтр 4. Контроллер системы управления 13 осуществляет регулирование напряжения накопительного конденсатора 3 и генерацию импульсов управления силовыми ключами инвертора 2. Контроллер системы управления 13 в свою очередь состоит из датчика напряжения 5, фазового преобразователя напряжения 6, блока фазовой синхронизации 7, фазового преобразователя тока 8, формирователя импульсов 9, датчика тока сети 10, регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, датчика тока фильтра 12.The device for the compensation of higher harmonics and correction of the power factor of the network operates as follows. A storage capacitor 3 is connected to the inverter 2, an output passive filter 4 is connected to the inverter 2 output. The control system controller 13 controls the voltage of the storage capacitor 3 and generates control pulses of the power keys of the inverter 2. The control system controller 13, in turn, consists of a voltage sensor 5, phase voltage converter 6, phase synchronization unit 7, phase current converter 8, pulse shaper 9, current sensor network 10, voltage regulator the first capacitor 11, filter 12 current sensor.
Вход датчика тока сети 10 соединен с зажимами питающей сети, вход датчика тока фильтра 12 соединен с зажимами линии, питающей выходной сглаживающий пассивный фильтр 4 и инвертор 2, вход датчика напряжения 5 соединен с зажимами питающей сети, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора 2, вход регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединен с зажимами накопительного конденсатора 3, выход датчика тока сети 10 соединен с входом формирователя импульсов 9, выход датчика тока фильтра 12 соединен с входом формирователя импульсов 9, выход датчика тока сети 10 соединен с входом регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, выход датчика напряжения 5 соединен с входом фазового преобразователя напряжения 6, выход фазового преобразователя напряжения 6 соединен с входом блока фазовой синхронизации 7, выход блока фазовой синхронизации 7 соединен с входом фазового преобразователя тока 8, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединен с входом фазового преобразователя тока 8, выход фазового преобразователя тока 8 и выход регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединены с входом формирователя импульсов 9, выход которого соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора 2.The input of the current sensor of the network 10 is connected to the terminals of the mains supply, the input of the current sensor of the filter 12 is connected to the terminals of the line supplying the output smoothing passive filter 4 and the inverter 2, the input of the voltage sensor 5 is connected to the terminals of the mains, the output of the voltage regulator of the storage capacitor 11 is connected to the inputs drivers for controlling the power keys of the inverter 2, the input of the voltage regulator of the storage capacitor 11 is connected to the terminals of the storage capacitor 3, the output of the current sensor of the network 10 is connected to the input of the pulse shaper at 9, the output of the current sensor of the filter 12 is connected to the input of the pulse former 9, the output of the current sensor of the network 10 is connected to the input of the voltage regulator of the storage capacitor 11, the output of the voltage sensor 5 is connected to the input of the phase voltage converter 6, the output of the phase voltage converter 6 is connected to the input of the unit phase synchronization 7, the output of the phase synchronization unit 7 is connected to the input of the phase current converter 8, the output of the voltage regulator of the storage capacitor 11 is connected to the input of the phase converter then 8, the output of the phase current converter 8 and the output of the voltage regulator of the storage capacitor 11 are connected to the input of the pulse shaper 9, the output of which is connected to the inputs of the drivers for controlling the power keys of the inverter 2.
Измерительные сигналы линейных напряжений искаженной сети от датчика напряжения 5 поступают на вход фазового преобразователя напряжения 6, обрабатывающего поступающие сигналы в соответствии со следующими выражениями:The measuring signals of the linear voltage of the distorted network from the voltage sensor 5 are fed to the input of the phase voltage converter 6, which processes the incoming signals in accordance with the following expressions:
где uab, ubc - измеренные линейные напряжения искаженной сети; uα, uβ - преобразованные линейные напряжения искаженной сети в системе координат αβ0. Фазовые преобразования позволяют определить угол φ между изображающим вектором искаженного напряжения сети и его проекцией на ось α. Характер изменения и величина угла φ содержит информацию об уровне искажения, присутствующих высших гармониках и фазовом сдвиге напряжения и тока компенсируемой сети. Сигналы uα, uβ от фазового преобразователя напряжения 6 поступают на вход блока фазовой синхронизации напряжения и тока сети 7, который выполняет подстройку направляющих косинусов и синусов угла φ так, чтобы полученная в результате этого величина φ' соответствовала синусоидальной форме кривых напряжения сети. Исходные направляющие косинусы и синусы определяются следующим образом:where u ab , u bc are the measured linear voltages of the distorted network; u α , u β are the transformed linear voltages of the distorted network in the coordinate system αβ0. Phase transformations make it possible to determine the angle φ between the image vector of the distorted network voltage and its projection onto the α axis. The nature of the change and the value of the angle φ contains information about the level of distortion, the higher harmonics present and the phase shift of the voltage and current of the compensated network. The signals u α , u β from the phase voltage converter 6 are fed to the input of the phase synchronization block of the voltage and current of the network 7, which adjusts the direction cosines and sines of the angle φ so that the resulting value φ 'corresponds to the sinusoidal shape of the voltage curves of the network. The initial guide cosines and sines are defined as follows:
Регулятор напряжения накопительного конденсатора 11 контролирует уровень напряжения накопительного конденсатора 3 у заданной величины и дает сигнал драйверам управления силовыми ключами инвертора 2 на его подзарядку, если фактическое напряжение ниже задания. Сравнивая заданную и фактическую величину напряжения накопительного конденсатора 3 с учетом сигнала о величине искаженного тока сети от датчика тока сети 10, регулятор напряжения накопительного конденсатора 11 формирует сигнал задания по току iз для инвертора 2. Сигнал задания по току iз подается на вход фазового преобразователя тока 8. Регулятор напряжения накопительного конденсатора 11, обладая высоким быстродействием, которое позволяет отрабатывать резкие изменения тока нелинейной нагрузки 1 длительностью от единиц до десятков микросекунд, обеспечивает запас величины напряжения конденсатора 3 в случае внезапного изменения режима работы нелинейной нагрузки 1, приводящего к увеличению потребляемого ей искаженного тока и, как следствие, к росту величины необходимого компенсационного тока. Регулятор напряжения накопительного конденсатора 11 имеет верхний и нижний пределы ограничения, не позволяющие устройству работать в режиме длительной перегрузки. Сигнал задания по току регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 также подается на вход формирователя импульсов 9.The voltage regulator of the storage capacitor 11 monitors the voltage level of the storage capacitor 3 at a given value and gives a signal to the drivers for controlling the power keys of the inverter 2 to recharge it if the actual voltage is lower than the task. Comparing the actual value and the predetermined voltage of the storage capacitor 3 and by the signal value of the distorted current network by network current sensor 10, voltage regulator 11 forms a storage capacitor current reference signal i of the inverter 2. The reference signal of the current i supplied to the input of the phase inverter current 8. The voltage regulator of the storage capacitor 11, having high speed, which allows you to work out sudden changes in the current of non-linear load 1 lasting from units to dozens of micro Kundu provides a margin voltage value of the capacitor 3 in the case of a sudden change in the operating mode of the nonlinear load 1, which leads to an increase in the consumed current it distorted and, consequently, to an increase in magnitude of the required compensation current. The voltage regulator of the storage capacitor 11 has upper and lower limits, which do not allow the device to operate in a continuous overload mode. The current reference signal of the voltage regulator of the storage capacitor 11 is also fed to the input of the pulse shaper 9.
После обработки блоком фазовой синхронизации 7 скорректированные направляющие синусы cosφ' и косинусы sinφ', соответствующие синусоидальной форме кривых напряжений сети, умножаются на сигнал задания по току iз от регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, согласно следующим формулам:After processing by the phase synchronization unit 7, the corrected guiding sines cosφ 'and cosines sinφ' corresponding to the sinusoidal shape of the voltage curves of the network are multiplied by the current reference signal i s from the voltage regulator of the storage capacitor 11, according to the following formulas:
в результате чего получаются сигналы задания по току iзα и iзβ в системе координат αβ0, синфазного с напряжением сети. После этого сигналы iзα и iзβ поступают на вход фазового преобразователя тока 8.as a result, current reference signals i zα and i zβ are obtained in the coordinate system αβ0, in phase with the mains voltage. After that, the signals i zα and i zβ are fed to the input of the phase current transformer 8.
Сигналы iзα и iзβ после обработки фазовым преобразователем тока 8 в соответствии со следующими выражениями:The signals i zα and i zβ after processing by the phase current transformer 8 in accordance with the following expressions:
поступают на вход формирователя импульсов 9 в виде заданий iза, iзb, iзс по току инвертора 2.arrive at the input of the pulse shaper 9 in the form of tasks i for , i sb , i ss for the current of inverter 2.
По результатам сравнения заданного и фактического тока инвертора 2, и тока нелинейной нагрузки 1 на основе сигналов от датчика тока сети 10 и датчика тока фильтра 12 с учетом сигнала задания по току от регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 для инвертора 2, формирователь импульсов 9, выполненный на основе релейных регуляторов, вырабатывает импульсы управления силовыми ключами инвертора 2. Формирователь импульсов 9 состоит из трех релейных регуляторов, по числу фаз питающей сети, каждый из которых формирует импульсы управления ключами инвертора 2 по току и напряжению. Импульсы поступают на управляющие электроды силовых ключей инвертора 2.According to the results of comparing the set and actual current of the inverter 2, and the current of the nonlinear load 1 based on the signals from the current sensor of the network 10 and the current sensor of the filter 12, taking into account the current reference signal from the voltage regulator of the storage capacitor 11 for the inverter 2, the pulse shaper 9, made on based on relay controllers, it generates control pulses for power switches of inverter 2. Pulse generator 9 consists of three relay controllers, according to the number of phases of the supply network, each of which forms control pulses to 2 yuchami inverter voltage and current. The pulses are fed to the control electrodes of the power switches of the inverter 2.
Релейные регуляторы формируют управляющие импульсы для силовых ключей инвертора 2 на основе сигналов ошибки, которые являются разницей между заданными токами iза, iзb, iзс, полученными в соответствии с (4), и фактическими генерируемыми инвертором 2 токами iфа, iфb, iфс (см. фиг.2), которые измеряются датчиком тока фильтра 12 с учетом сигнала задания по току от регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 и измерительного сигнала тока нелинейной нагрузки 1, который поступает от датчика тока сети 10. Когда сигнал ошибки достигает верхнего предела (iз+Δi), первый транзистор k1 рассматриваемой ветви (см. фиг.1) инвертора 2 отключается, а второй транзистор k2 той же ветви включается, таким образом, происходит форсированное снижение тока. Когда сигнал ошибки достигает нижнего предела (iз-Δi) транзистор k1 рассматриваемой ветви инвертора 2 включается, а транзистор k2 той же ветви отключается, таким образом, происходит форсированное увеличение тока. Гистерезисные пределы сигнала ошибки (iз+Δi) и (iз-Δi) релейных регуляторов непосредственно определяют число пульсаций управляющих сигналов для ключей инвертора 2 при изменении заданного тока в зависимости от режима работы нелинейной нагрузки 1. Режим работы инвертора 2 с переменной частотой ШИМ реализуется путем изменения ширины гистерезиса Δi релейных регуляторов формирователя импульсов 9 в зависимости от характера изменения сигналов заданного и фактического компенсационного тока инвертора 2, сигнала задания по току от регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, и измерительного сигнала тока нелинейной нагрузки 1. С увеличением частоты гистерезиса релейных регуляторов растет точность отработки задания по компенсационному току инвертора 2.Relay controllers generate control pulses for the power switches of the inverter 2 on the basis of error signals, which are the difference between the given currents i for , i sb , i ss obtained in accordance with (4) and the actual currents generated in inverter 2 for i fa , i fb , i fs (see FIG. 2), which are measured with a filter 12, taking into account the current sensor signal reference current from the storage capacitor 11 of the voltage regulator and measuring a nonlinear load current signal 1, which is supplied from the mains current sensor 10. When the error signal reaches verhneg limit (i z + Δi), the first transistor 1 k the considered branch (see FIG. 1) of inverter 2 is switched off and the second transistor k 2 of the same branch is activated thus forced current reduction occurs. When the error signal reaches the lower limit (i s -Δi), the transistor k 1 of the considered branch of the inverter 2 is turned on, and the transistor k 2 of the same branch is turned off, thus, a forced increase in current occurs. The hysteresis limits of the error signal (i z + Δi) and (i z -Δi) of the relay controllers directly determine the number of control signal ripples for the inverter 2 keys when the set current changes depending on the non-linear load operation mode 1. Inverter 2 operation mode with variable PWM frequency it is realized by changing the hysteresis width Δi of the relay controllers of the pulse shaper 9 depending on the nature of the change in the signals of the given and actual compensation current of the inverter 2, the current reference signal from the voltage regulator yazheniya storage capacitor 11, and the nonlinear load current measuring signal 1. With increasing frequency relay hysteresis controllers increases the accuracy of working out the compensation current assignments for the inverter 2.
Использование других типов регуляторов для формирования импульсов управления ключами инвертора 2 в данном случае является неэффективным, так как компенсируемый спектр высших гармоник непрерывно меняется, следовательно, изменяется частотный спектр генерируемого компенсационного тока, формируемого режимом работы силовых ключей инвертора 2. Для отслеживания непрерывного изменения спектра генерируемого компенсационного тока необходимо обеспечить режим работы инвертора 2 с переменной частотой ШИМ. Изменение ширины и частоты гистерезиса релейных регуляторов позволяет задать пределы, внутри которых формируются импульсы управления, соответствующие режиму работы инвертора 2 с переменной частотой ШИМ и, как следствие, переменным частотным спектром генерируемого компенсационного тока. Заданные пределы регулирования гистерезиса релейных регуляторов должны соответствовать частотному диапазону изменения спектра подавляемых высших гармоник и настраиваются при установке устройства для компенсации нелинейной нагрузки 1 с известным генерируемым гармоническим спектром. Помимо этого, соответствующая настройка и регулирование ширины и частоты гистерезиса релейных регуляторов формирователя импульсов 9 позволяет обеспечить требуемую точность отработки задания по компенсационному току при сохранении уровня быстродействия, достаточного для отслеживания динамических изменений режима работы большинства типов нелинейной нагрузки, и режим работы инвертора 2 с переменной частотой ШИМ.The use of other types of controllers to generate the control pulses of the inverter 2 keys in this case is inefficient, since the compensated spectrum of higher harmonics is constantly changing, therefore, the frequency spectrum of the generated compensation current generated by the operation mode of the power switches of inverter 2 is changed. To track a continuous change in the spectrum of the generated compensation current it is necessary to ensure the operation mode of the inverter 2 with a variable frequency PWM. Changing the width and frequency of the hysteresis of the relay controllers allows you to set the limits within which control pulses are formed corresponding to the operating mode of the inverter 2 with a variable PWM frequency and, as a consequence, with a variable frequency spectrum of the generated compensation current. The specified limits for the regulation of the hysteresis of the relay controllers must correspond to the frequency range of the spectrum of suppressed higher harmonics and are adjusted when the device is installed to compensate for the nonlinear load 1 with the known generated harmonic spectrum. In addition, the appropriate setting and regulation of the width and frequency of the hysteresis of the relay controllers of the pulse shaper 9 makes it possible to ensure the required accuracy of working out the task for the compensation current while maintaining a speed level sufficient to track dynamic changes in the operating mode of most types of nonlinear load, and the operating mode of inverter 2 with a variable frequency PWM
Таким образом, предлагаемое устройство на основе совокупного использования инвертора 2, накопительного конденсатора 3, выходного пассивного фильтра 4, контроллера 13, состоящего из датчика напряжения 5, фазового преобразователя напряжения 6, блока фазовой синхронизации 7, фазового преобразователя тока 8, датчика тока сети 10 и датчика тока фильтра 12, регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, формирователя импульсов 9 на основе релейных регуляторов с изменяемой частотой и шириной гистерезиса и режима работы инвертора 2 с переменной частотой ШИМ позволяют повысить уровень качества электрической энергии, привести его в соответствие с нормами ГОСТ 13109-97 по искажению синусоидальности формы кривых тока и напряжения, повысить коэффициент мощности сети с более высоким быстродействием по сравнению с рассмотренными аналогами и прототипом.Thus, the proposed device based on the combined use of an inverter 2, a storage capacitor 3, an output passive filter 4, a controller 13, consisting of a voltage sensor 5, a phase voltage converter 6, a phase synchronization unit 7, a phase converter 8, a current sensor of the network 10 and filter current sensor 12, voltage regulator of the storage capacitor 11, pulse shaper 9 based on relay controllers with a variable frequency and width of the hysteresis and the operating mode of the inverter 2 with variable PWM frequency enable a better quality of electric energy, to bring it into compliance with GOST 13109-97 by distortion sinusoidal current and voltage curves, power factor improve network with higher speed than those described analogues and the prototype.
Аппаратная реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.The hardware implementation of the proposed device can be carried out using existing power electrical, electronic and microprocessor devices with proper selection and configuration of the relevant parameters.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010148940/07A RU2446536C1 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010148940/07A RU2446536C1 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2446536C1 true RU2446536C1 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=46031009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010148940/07A RU2446536C1 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2446536C1 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2512886C1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio |
| RU2514439C2 (en) * | 2012-08-07 | 2014-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive |
| RU2573599C1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry |
| RU2615492C1 (en) * | 2014-01-09 | 2017-04-05 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Power conversion device |
| RU2619919C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-05-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive |
| RU176107U1 (en) * | 2017-07-10 | 2018-01-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS |
| RU188573U1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-04-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Multifunctional power quality regulator for three-phase 0.4 kV power distribution systems |
| RU2749523C1 (en) * | 2020-12-18 | 2021-06-11 | Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" | Method for adaptive compensation of higher harmonics in ac power grid |
| RU207731U1 (en) * | 2021-07-07 | 2021-11-12 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Three-phase power filter for higher current harmonics |
| RU211992U1 (en) * | 2022-03-01 | 2022-06-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Three-phase active filter for networks with unbalanced load |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5977660A (en) * | 1996-08-09 | 1999-11-02 | Mesta Electronics, Inc. | Active harmonic filter and power factor corrector |
| RU2191458C1 (en) * | 2001-10-02 | 2002-10-20 | Московский государственный университет путей сообщения | DEVICE FOR CURRENT HARMONIC FILTERING AND COMPENSATION OF REACTIVE POWER IN 27,5-Kv 50-hZ TRACTION LINE |
| RU2354025C1 (en) * | 2008-05-04 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Method for high harmonics compensation and system power factor correction |
-
2010
- 2010-11-30 RU RU2010148940/07A patent/RU2446536C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5977660A (en) * | 1996-08-09 | 1999-11-02 | Mesta Electronics, Inc. | Active harmonic filter and power factor corrector |
| RU2191458C1 (en) * | 2001-10-02 | 2002-10-20 | Московский государственный университет путей сообщения | DEVICE FOR CURRENT HARMONIC FILTERING AND COMPENSATION OF REACTIVE POWER IN 27,5-Kv 50-hZ TRACTION LINE |
| RU2354025C1 (en) * | 2008-05-04 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Method for high harmonics compensation and system power factor correction |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514439C2 (en) * | 2012-08-07 | 2014-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive |
| RU2512886C1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio |
| RU2615492C1 (en) * | 2014-01-09 | 2017-04-05 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Power conversion device |
| RU2573599C1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry |
| RU2619919C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-05-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive |
| RU176107U1 (en) * | 2017-07-10 | 2018-01-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS |
| RU188573U1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-04-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Multifunctional power quality regulator for three-phase 0.4 kV power distribution systems |
| RU2749523C1 (en) * | 2020-12-18 | 2021-06-11 | Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" | Method for adaptive compensation of higher harmonics in ac power grid |
| RU207731U1 (en) * | 2021-07-07 | 2021-11-12 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Three-phase power filter for higher current harmonics |
| RU211992U1 (en) * | 2022-03-01 | 2022-06-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Three-phase active filter for networks with unbalanced load |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2446536C1 (en) | Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio | |
| CA2838384C (en) | Paralleling of active filters with independent controls | |
| RU2354025C1 (en) | Method for high harmonics compensation and system power factor correction | |
| KR101639192B1 (en) | Apparatus for compensating reactive power | |
| RU2514439C2 (en) | Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive | |
| KR101562848B1 (en) | Method for uninterruptible power supply system control by using active damping control scheme and repeat control techniques | |
| EP2763301A1 (en) | Power converter control method | |
| RU176107U1 (en) | HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS | |
| RU2619919C1 (en) | Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive | |
| KR20140039389A (en) | Apparatus and method for controlling diminishing power fluctuation of small wind turbine system | |
| RU186406U1 (en) | REACTIVE AUTOMATIC COMPENSATION DEVICE | |
| RU2413350C1 (en) | Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio | |
| RU2512886C1 (en) | Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio | |
| RU2573599C1 (en) | Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry | |
| RU128031U1 (en) | HARMONIC CURRENT COMPENSATION AND REACTIVE POWER DEVICE | |
| RU2741061C1 (en) | Multi-level active filter control system | |
| JP5115730B2 (en) | PWM converter device | |
| RU198721U1 (en) | DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR | |
| CN111316558A (en) | Power conversion device | |
| RU2689776C1 (en) | Method for dynamic compensation of voltage disturbation | |
| JP2001512956A (en) | Method and apparatus for improving current quality in superimposed networks | |
| JPH05184154A (en) | Parallel operation controller for ac output converter | |
| JPH03245793A (en) | Method and device for controlling ac motor | |
| RU2726474C1 (en) | Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device | |
| Mishra | Power Quality Improvement Using Unified Power Quality Conditioner |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121201 |