RU2460194C1 - Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry - Google Patents
Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460194C1 RU2460194C1 RU2011100756/07A RU2011100756A RU2460194C1 RU 2460194 C1 RU2460194 C1 RU 2460194C1 RU 2011100756/07 A RU2011100756/07 A RU 2011100756/07A RU 2011100756 A RU2011100756 A RU 2011100756A RU 2460194 C1 RU2460194 C1 RU 2460194C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sources
- signals
- phase
- source
- currents
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии переменного тока или систем гарантированного электропитания, в которых для достижения качественных показателей выходной энергии применяются статические преобразователи электрической энергии. Первичными источниками с нестабильными параметрами входной энергии в таких системах может служить сеть промышленной частоты с выпрямителем, синхронный генератор с переменной скоростью вращения вала с выпрямителем или источник постоянного напряжения: аккумуляторная батарея, топливный элемент или солнечная батарея. Функция обеспечения качественных показателей генерируемой электрической энергии возлагается на статический преобразователь и выходной силовой низкочастотный фильтр. Для повышения мощности и надежности системы электропитания источники включаются параллельно на общую нагрузку. При этом возникает задача распределения (равномерно при одинаковой номинальной мощности или пропорционально номинальной мощности источников при разной мощности источников) тока нагрузки между параллельно работающими источниками.The invention relates to the field of electrical engineering and power electronics and can be used in the construction of alternating current electric power generation systems or guaranteed power supply systems in which static converters of electrical energy are used to achieve high-quality output energy indicators. The primary sources with unstable input energy parameters in such systems can be an industrial frequency network with a rectifier, a synchronous generator with a variable shaft speed with a rectifier, or a constant voltage source: a battery, a fuel cell, or a solar battery. The function of ensuring quality indicators of the generated electric energy is assigned to the static converter and the output power low-pass filter. To increase the power and reliability of the power supply system, the sources are connected in parallel to the total load. In this case, the problem arises of distributing (evenly at the same rated power or proportionally to the rated power of the sources at different power sources) the load current between the parallel sources.
Известен способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку [Патент РФ №2381609 H02J 3/46. Способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку/ Н.И.Бородин, С.А.Харитонов. - Опубл. 10.02.2010. - бюл. №4], состоящий в том, что измеряют мгновенные значения напряжения на общей нагрузке и токов источников, мгновенные значения общего напряжения и тока каждого источника преобразуют из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω двухфазную dq-систему координат, формируют эталонные сигналы напряжения для d- и q-составляющих общего напряжения постоянными и соответствующими номинальным значениям амплитуды и фазы общего напряжения, формируют первый и второй дополнительные сигналы напряжения пропорционально d- и q-составляющим общего напряжения, формируют первый и второй разностные сигналы напряжения вычитанием соответствующих дополнительных сигналов напряжения из эталонных сигналов напряжения, формируют первый и второй сигналы сравнения напряжения интегрированием первого и второго разностных сигналов напряжения, формируют первый и второй сигналы управления напряжением суммированием первого и второго сигнала сравнения напряжения с сигналами, пропорциональными соответственно первому и второму разностным сигналам напряжения, для каждого из параллельно работающих источников формируют первый и второй эталонные сигналы пропорционально соответственно первому и второму сигналам управления напряжением с коэффициентами пропорциональности, равными отношению номинального значения тока данного источника к номинальному значению тока нагрузки, формируют первый и второй дополнительные сигналы пропорционально соответственно d- и q-составляющим тока источника, первый и второй разностные сигналы вычитанием соответствующих дополнительных сигналов из эталонных сигналов, первый и второй сигналы сравнения путем интегрирования соответствующих разностных сигналов, первый и второй управляющие сигналы суммированием соответствующих сигналов сравнения, сигналов, пропорциональных первому и второму разностным сигналам, и сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим токов источников, формируют модулирующие сигналы для каждого источника преобразованием первого и второго управляющих сигналов из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат.A known method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel to a common load [RF Patent No. 2381609
Данный способ управления параллельно работающими статическими источниками, использующий преобразование трехфазных напряжения и токов источников из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся двухфазную dq-систему координат и обратно, операции интегрирования при формировании сигналов сравнения, эффективно обеспечивает стабилизацию параметров только прямой последовательности общего напряжения и распределение составляющих только прямых последовательностей токов источников при несимметричной нагрузке. Способ не обеспечивает распределение между источниками токов нулевой последовательности, возникающих при несимметрии нагрузки.This method of controlling parallel-acting static sources, using the conversion of three-phase voltage and currents of sources from a three-phase abc coordinate system to a rotating two-phase dq coordinate system and vice versa, integration operations when generating comparison signals, effectively stabilizes the parameters of only the direct sequence of the common voltage and the distribution of components only direct sequences of currents of sources at unbalanced load. The method does not provide a distribution between the sources of currents of zero sequence that occur when the asymmetry of the load.
Действительно, при несимметричной нагрузке ток каждой фазы а, b, с каждого к-го источника , , может быть представлен в виде суммы составляющих симметричных прямой и обратной и нулевой последовательностей [Нейман Л.Р. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Учебник для вузов. Том 1 / Л.Р.Нейман, К.С.Демирчан. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 536 с.]:Indeed, with an asymmetric load, the current of each phase a, b, from each k-th source , , can be represented as the sum of the components of symmetric direct and reverse and zero sequences [Neumann L.R. Theoretical foundations of electrical engineering: In 2 t. Textbook for universities.
где , , амплитуды прямой, обратной и нулевой последовательностей токов к-го источника;Where , , the amplitudes of the forward, reverse, and zero current sequences of the k-th source;
Ω - частота основной гармонической составляющей токов;Ω is the frequency of the main harmonic component of the currents;
ψ - фазовый сдвиг нулевой последовательности.ψ is the phase shift of the zero sequence.
Преобразуем несимметричные токи к-го источника (1) во вращающуюся с постоянной частотой Ω dq-систему координат по известным соотношениям [Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока / А.И.Важнов - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980. - 256 с.]:We transform the asymmetric currents of the k-th source (1) into a dq-coordinate system rotating with a constant frequency Ω according to known relations [Vazhnov A.I. Transients in AC machines / A.I. Vazhnov - L.: Energy, Leningrad. Department, 1980. - 256 p.]:
где , , - d- и q-составляющие токов к-го источника;Where , , - d- and q-components of the currents of the k-th source;
φ - фазовый сдвиг вращающейся системы координат относительно векторов прямой последовательности;φ is the phase shift of a rotating coordinate system relative to direct sequence vectors;
, , - мгновенные значения выходных фазных токов источников. , , - instantaneous values of the output phase currents of the sources.
Подставляя соотношения (1) в выражение (2), получим:Substituting relations (1) into expression (2), we obtain:
Последние выражения (3) показывают, что использование рассматриваемого способа управления при несимметричной нагрузке при формировании d- и q-составляющих токов к-го источника, в них входят параметры прямой и обратной последовательностей токов. При этом исключаются при формировании d- и q-составляющих токов к-го источника нулевые последовательности. Поэтому нулевая последовательность тока нагрузки будет распределяться между параллельно работающими источниками произвольно.The last expressions (3) show that the use of the considered control method with an asymmetric load when forming the d- and q-components of the currents of the k-th source, they include the parameters of the forward and reverse sequences of currents. In this case, zero sequences are excluded during the formation of the d- and q-component currents of the k-th source. Therefore, the zero sequence of the load current will be distributed arbitrarily between parallel sources.
Кроме того, известен способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку [Патент РФ №2380820 Н02М 5/297, Н02М 7/493, Н02Р 13/00. Способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку/ Н.И.Бородин, С.А.Харитонов.- Опубл. 27.01.2010. - бюл. №3], который является прототипом предлагаемого изобретения, состоящим в том, что для каждого источника измеряют мгновенные значения выходного напряжения и тока, мгновенные значения общего напряжения и выходного тока каждого источника преобразуют из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω двухфазную dq-систему координат, формируют эталонные сигналы для d- и q-составляющих выходного напряжения источника, формируют сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим выходного напряжения, формируют сигналы, пропорциональные параметрам токов источников: сигналы пропорциональные d- и q-составляющим токов источников, для каждого источника формируют первый разностный сигнал путем вычитания d-составляющих токов источников, и второй разностный сигнал путем вычитания q-составляющих токов источников, причем указанные первый и второй разностные сигналы формируют соответственно как разность d- или q-составляющих токов только двух источников, а именно разность составляющих токов данного и другого источников или разность составляющих токов других источников, причем каждая разность при формировании соответствующих разностных сигналов используется только один раз, первый разностный сигнал суммируют с сигналом, пропорциональным d-составляющей выходного напряжения, второй разностный сигнал суммируют с сигналом, пропорциональным q-составляющей выходного напряжения, формируют первый сигнал сравнения путем интегрирования разности эталонного сигнала для d-составляющей напряжения источника и суммарного сигнала, соответствующего разности d-составляющих токов источников, и второй сигнал сравнения путем интегрирования разности эталонного сигнала для q-составляющей напряжения источника и суммарного сигнала, соответствующего разности q-составляющих токов источников, по сигналам сравнения формируют амплитуду и фазу управляющего сигнала обратным преобразованием d- и q-составляющих результата сравнения из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, пропорционально управляющему сигналу формируют модулирующие сигналы.In addition, there is a method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load [RF Patent No. 2380820 Н02М 5/297, Н02М 7/493, Н02Р 13/00. A method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load / N.I. Borodin, S.A.Kharitonov.- Publ. 01/27/2010. - bull. No. 3], which is the prototype of the present invention, consisting in the fact that for each source the instantaneous values of the output voltage and current are measured, the instantaneous values of the total voltage and output current of each source are converted from a three-phase abc-coordinate system into a two-phase dq rotating with a constant frequency Ω the coordinate system, form the reference signals for the d- and q-components of the output voltage of the source, generate signals proportional to the d- and q-components of the output voltage, form the signals in proportion the parameters of the source currents: signals proportional to the d- and q-components of the source currents, for each source form the first difference signal by subtracting the d-components of the source currents, and the second difference signal by subtracting the q-components of the source currents, the first and second difference signals form respectively the difference of the d- or q-component currents of only two sources, namely the difference of the component currents of this and other sources or the difference of the component currents of other sources, Moreover, each difference in the formation of the corresponding difference signals is used only once, the first difference signal is summed with a signal proportional to the d-component of the output voltage, the second difference signal is summed with a signal proportional to the q-component of the output voltage, the first comparison signal is formed by integrating the difference of the reference signal for the d-component of the source voltage and the total signal corresponding to the difference of the d-component currents of the sources, and the second comparison signal by integrating the difference of the reference signal for the q-component of the source voltage and the total signal corresponding to the difference of the q-components of the currents of the sources, the amplitude and phase of the control signal are formed by the inverse transformation of the d- and q-components of the comparison result from a two-phase dq coordinate system into three-phase abc-coordinate system, in proportion to the control signal form modulating signals.
Данный способ также использует преобразование токов источников из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся dq-систему координат. Поэтому для него также справедливы вышеприведенные соотношения (1)…(3), и при реализации этого способа управления при несимметричной нагрузке эффективно будут распределяться составляющие тока нагрузки прямой последовательности между источниками. Нулевые последовательности токов источников исключаются из формируемых сигналов для распределения составляющих тока нагрузки между ними. Поэтому нулевая последовательность тока нагрузки будет распределяться произвольно, и неравномерность распределения тока нагрузки между источниками будет низкая. Кроме того, применение статических преобразователей, использующих, как правило, широтно-импульсную модуляцию в источниках, приводит к появлению в спектрах формируемых напряжений и токов источников широкого спектра комбинационных гармонических составляющих вида:This method also uses the conversion of source currents from a three-phase abc coordinate system to a rotating dq coordinate system. Therefore, the above relations (1) ... (3) are also valid for him, and when implementing this control method with an asymmetric load, the components of the direct sequence load current will be effectively distributed between the sources. Zero sequences of source currents are excluded from the generated signals for the distribution of the load current components between them. Therefore, the zero sequence of the load current will be distributed arbitrarily, and the uneven distribution of the load current between the sources will be low. In addition, the use of static converters using, as a rule, pulse-width modulation in the sources, leads to the appearance in the spectra of the generated voltages and currents of the sources of a wide range of combination harmonic components of the form:
где Ω - частота основной гармонической составляющей модулирующего сигнала;where Ω is the frequency of the main harmonic component of the modulating signal;
ω - частота коммутации широтно-импульсной модуляции;ω is the switching frequency of pulse width modulation;
p=1, 2, …;p = 1, 2, ...;
n=0, 1, …;n = 0, 1, ...;
Часть этих гармонических составляющих преобразуется в нулевую последовательность, и они будут распределяться между источниками неравномерно.Part of these harmonic components is converted to the zero sequence, and they will be distributed unevenly between sources.
Задача изобретения заключается в повышении равномерности распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками за счет равномерного распределения тока нулевой последовательности нагрузки между источниками.The objective of the invention is to increase the uniformity of the distribution of the load current between parallel sources due to the uniform distribution of the current of the zero sequence of the load between the sources.
Это достигается тем, что в известном способе управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку при ее несимметрии, состоящем в том, что измеряют мгновенные значения напряжения на общей нагрузке и выходных токов источников, мгновенные значения общего напряжения и выходного тока каждого источника преобразуют из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω двухфазную dq-систему координат, по которым формируют управляющие сигналы, стабилизирующие параметры напряжения прямой последовательности на общей нагрузке и распределяющие ток прямой последовательности нагрузки между источниками, преобразуют управляющие сигналы из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, формируют сигналы, пропорциональные параметрам токов источников, для каждого источника формируют разностные сигналы путем вычитания двух сигналов, пропорциональных параметрам токов источников, причем одна и та же разность используется только один раз, формируют модулирующие сигналы для каждой фазы источников, определяют нулевые последовательности токов источников, принимают в качестве параметров токов источников их нулевые последовательности, выделяют из полученных разностных сигналов конечное число гармонических составляющих с большим коэффициентом усиления, и указанное формирование модулирующих сигналов производят путем суммирования соответствующих, преобразованных из dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат управляющих сигналов и сигналов, пропорциональных сумме выделенных гармонических составляющих.This is achieved by the fact that in the known method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel to the total load with its asymmetry, which consists in measuring the instantaneous voltage values at the total load and output currents of the sources, the instantaneous values of the total voltage and output current of each source they transform from a three-phase abc coordinate system into a two-phase dq coordinate system rotating with a constant frequency Ω, by which control signals are formed, stabilizing The direct voltage parameters of the direct sequence across the common load and distributing the direct sequence current of the load between the sources convert the control signals from the two-phase dq coordinate system to the three-phase abc coordinate system, generate signals proportional to the parameters of the source currents, generate difference signals for each source by subtracting two signals proportional to the parameters of the currents of the sources, and the same difference is used only once, form modulating signals for of each phase of the sources, zero sequences of the source currents are determined, their zero sequences are taken as parameters of the source currents, a finite number of harmonic components with a high gain are extracted from the received difference signals, and the indicated formation of modulating signals is performed by summing the corresponding converted from the dq-coordinate system into a three-phase abc coordinate system of control signals and signals proportional to the sum of the selected harmonic composition yayuschih.
На фиг.1 представлена одна из возможных блок-схем, реализующих предлагаемый способ управления. На фиг.2 представлены графики результатов моделирования способа-прототипа при параллельной работе трех преобразователей. На фиг.3 представлены графики результатов моделирования предложенного способа при параллельной работе трех преобразователей.Figure 1 presents one of the possible flowcharts that implement the proposed control method. Figure 2 presents graphs of the simulation results of the prototype method in parallel operation of three converters. Figure 3 presents graphs of the simulation results of the proposed method in parallel operation of three converters.
Блок-схема на фиг.1 включает N параллельно работающих трехфазных источников И1, И2, …, ИN (1, 2, 3) на общую нагрузку Н (4). Каждый i-ый источник содержит систему импульсно-фазового управления СИФУi (5), выходы которой соединены с управляющими входами силовой схемы статического преобразователя СПi (6). Выход источника постоянного напряжения Uci (7) также соединен с силовой схемой статического преобразователя СПi (6). Выходы силовой схемы статического преобразователя СПi (6) через низкочастотный силовой фильтр Фi (8) и датчики мгновенного значения токов источника Дтiа, Дтib, Дтiс (9, 10, 11) соединены с нагрузкой Н (4). Выходы датчиков мгновенного значения токов источника Дтiа, Дтib, Дтiс (9, 10, 11) соединены с входами сумматора (12), выход которого через пропорциональное звено (13) соединен с вычитающим входом схемы вычитания (14) своего источника и уменьшаемым входом аналогичной схемы вычитания N-го источника ИN (3). Второй уменьшаемый вход схемы вычитания (14) соединен с выходом аналогичного пропорционального звена (13) второго источника И2 (2). Выход схемы вычитания (14) через схемы выделения р гармонических составляющих Wp1, …, Wpp (15, 16) соединены с входами сумматора гармонических составляющих (17), выход которого соединен с входами сумматоров модулирующих сигналов (18, 19, 20). Вторые входы сумматоров модулирующих сигналов (18, 19, 20) соединены с управляющими выходами формирователя управляющих сигналов ФУСi (21). Выходы сумматоров модулирующих сигналов (18, 19, 20) соединены с входами системы импульсно-фазового управления СИФУi (5). Формирующие входы формирователя управляющих сигналов ФУСi (21) соединены с общей нагрузкой Н (4), выходами датчиков мгновенного значения токов источника Дтiа, Дтib, Дтiс (9, 10, 11) и формирующими выходами формирователя управляющих сигналов другого источника И2 (2). Формирующие выходы формирователя управляющих сигналов ФУСi (21) соединены с формирующими входами другого источника ИN (3).The block diagram of figure 1 includes N parallel three-phase sources And 1 , And 2 , ..., And N (1, 2, 3) for the total load N (4). Each i-th source contains a pulse-phase control system SIFUi (5), the outputs of which are connected to the control inputs of the power circuit of the static converter SPi (6). The output of the DC voltage source Uci (7) is also connected to the power circuit of the static converter SPi (6). The outputs of the power circuit of the static converter SPi (6) through a low-frequency power filter Фi (8) and sensors of the instantaneous value of the source currents Dtia, Dtib, Dtis (9, 10, 11) are connected to the load N (4). The outputs of the sensors of the instantaneous value of the source currents Dtia, Dtib, Dtis (9, 10, 11) are connected to the inputs of the adder (12), the output of which is connected through a proportional link (13) to the subtracting input of the subtraction circuit (14) of its source and the reduced input of a similar circuit subtracting the Nth source AND N (3). The second diminished input of the subtraction circuit (14) is connected to the output of a similar proportional link (13) of the second source And 2 (2). The output of the subtraction circuit (14) through the allocation circuit of p harmonic components Wp 1 , ..., Wp p (15, 16) is connected to the inputs of the adder of harmonic components (17), the output of which is connected to the inputs of the adders of modulating signals (18, 19, 20). The second inputs of the adders of modulating signals (18, 19, 20) are connected to the control outputs of the shaper of control signals FUSi (21). The outputs of the adders of modulating signals (18, 19, 20) are connected to the inputs of the pulse-phase control system SIFUi (5). The generating inputs of the FSIi control signal generator (21) are connected to the total load N (4), the outputs of the instantaneous value current sensors Dtia, Dtib, Dtis (9, 10, 11) and the forming outputs of the control signal generator of another source And 2 (2). The forming outputs of the shaper of control signals of the FSF i (21) are connected to the forming inputs of another source AND N (3).
Нагрузка Н (4) может представлять собой резистор или последовательное или параллельное включение резистора и дросселя. Система импульсно-фазового управления СИФУi (5) - стандартная система управления, реализующая вертикальный принцип управления (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980. - 424 с.). Силовая схема статического преобразователя СПi (6) - инвертор напряжения или многоуровневый инвертор с реализацией широтно-импульсной модуляции (см. Зиновьв Г.С. Основы силовой электроники: Учебное пособие / Г.С.Зиновьв. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. - 672 с.). Низкочастотный силовой фильтр Фi (8), например, Г-образный LC-фильтр (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980. - 424 с.). Датчики мгновенного значения токов источников Дтiа, Дтib, Дтiс (9, 10, 11), например, трансформаторы тока. Сумматор (12), пропорциональное звено (13), схема вычитания (14), сумматор гармонических составляющих (17), сумматоры модулирующих сигналов (18, 19, 20) представляют собой типовые элементарные звенья, известные из теории автоматического регулирования (см. Теория автоматического управления. Ч.1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977. - 303 с.). Схемы выделения гармонических составляющих Wp1, …, Wpp (15, 16) могут представлять собой резонансные звенья, например, или , реализуемые в аналоговом виде (см. Теория автоматического управления. Ч.1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977. - 303 с.), а для исключения температурной зависимости параметров звеньев в цифровом виде (см. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов / А.Б.Сергиенко. - СПб.: Питер. - 2006. - 751 с.). Формирователь управляющих сигналов ФУСi (21) представляет собой прямые преобразователи координат из трехфазных abc-системы координат мгновенных значений общего напряжения и выходных токов источников во вращающуюся с постоянной частотой Ω двухфазную dq-систему координат по известным выражениям (Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока / А.И.Важнов. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980. - 256 с.), включают интегральные регуляторы для d- и q-составляющих разностей преобразованных сигналов токов источников и общего напряжения и преобразуют сформированные на выходе интегральных регуляторов d- и q-составляющие управляющих сигналов в трехфазную abc-систему координат (Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока/ А.И.Важнов. -Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980. - 256 с.), как реализовано в способе-аналоге или способе-прототипе.The load H (4) may be a resistor or series or parallel connection of a resistor and inductor. The pulse-phase control system of SIFUi (5) is a standard control system that implements the vertical control principle (see BC Rudenko, V. I. Senko, I. M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M.: Higher school, 1980. - 424 p.). The power circuit of the static converter SPi (6) is a voltage inverter or a multilevel inverter with the implementation of pulse-width modulation (see Zinovv G.S. Fundamentals of power electronics: Textbook / G.S. Zinovv. - Novosibirsk: Publishing house NSTU, 2009 . - 672 p.). Low-frequency power filter Фi (8), for example, Г-shaped LC-filter (see BCRudenko, V.I. Senko, I.M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M.: Higher school, 1980. - 424 p. .). Sensors of instantaneous current values of sources Dtia, Dtib, Dtis (9, 10, 11), for example, current transformers. The adder (12), the proportional link (13), the subtraction circuit (14), the harmonic component adder (17), the modulating signal adders (18, 19, 20) are typical elementary units known from the theory of automatic control (see. Theory of
Предложенный способ осуществляется следующим образом. Измеренные датчиками Дтiа, Дтib, Дтiс (9, 10, 11) мгновенные значения выходных токов источников и общего напряжения нагрузки Н (4) поступают на формирователь управляющих сигналов ФУС1 (21), в котором происходит преобразование выходных токов источников и общего напряжения из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω двухфазную dq-систему координат. При несимметричной нагрузке d- и q-составляющие токов источников согласно выражениям (3) будут содержать постоянные составляющие, зависящие только от амплитуды тока прямой последовательности, а пульсационная составляющая двойной частоты - от амплитуды обратной последовательности. На входы интеграторов d- и q-составляющих управляющих сигналов поступает алгебраическая сумма постоянных сигналов d- и q-составляющих общего напряжения и разности d- и q-составляющих токов прямой последовательности двух источников:The proposed method is as follows. The instantaneous values of the output currents of the sources and the total load voltage N (4) measured by the sensors Dtia, Dtib, Dtis (9, 10, 11) are fed to the driver signal generator FUS1 (21), in which the output currents of the sources and the total voltage are converted from three-phase abc coordinate systems into a two-phase dq coordinate system rotating with a constant frequency Ω. For an asymmetric load, the d- and q-components of the currents of the sources according to expressions (3) will contain constant components that depend only on the amplitude of the current of the direct sequence, and the ripple component of the double frequency depends on the amplitude of the reverse sequence. At the inputs of the integrators of the d- and q-components of the control signals, the algebraic sum of the constant signals of the d- and q-components of the total voltage and the difference of the d- and q-components of the currents of the direct sequence of two sources is received:
где , - приведенные относительные эталонные сигналы соответствующих параметров выходного напряжения;Where , - given relative reference signals of the corresponding parameters of the output voltage;
- относительные значения стабилизируемых параметров выходного напряжения прямой последовательности; - the relative values of the stabilized parameters of the output voltage of the direct sequence;
- относительные составляющие токов источников прямой последовательности; - relative components of currents of direct sequence sources;
, - приведенные коэффициенты, характеризующие долю сигналов, распределяющих токи источников, в результирующем управляющем сигнале по отношению к сигналам, стабилизирующим параметры напряжения на нагрузке; , - given coefficients characterizing the proportion of signals distributing currents of sources in the resulting control signal with respect to signals stabilizing the voltage parameters at the load;
UHном, IHном, ZHном - номинальные действующие значения напряжения и тока нагрузки и модуль номинального значения сопротивления нагрузки;U Hnom , I Hnom , Z Hnom - the nominal effective values of the voltage and current of the load and the module of the nominal value of the load resistance;
, - коэффициенты пропорциональности, согласующие уровни соответствующих d- и q-составляющих напряжения общей нагрузки и d- и q-эталонных сигналов; , - proportionality coefficients matching levels of the corresponding d- and q-components of the common load voltage and d- and q-reference signals;
N - число источников, работающих параллельно;N is the number of sources working in parallel;
i=1, 2, …, N - порядковый номер источника.i = 1, 2, ..., N is the serial number of the source.
Пульсационная составляющая d- и q-составляющих в значительной степени будет подавляться интеграторами и не будет участвовать в формировании постоянных составляющих управляющих сигналов на выходах интеграторов. На входах интеграторов d- и q-составляющих управляющих сигналов в установившемся режиме будут формироваться постоянные сигналы, значения которых определяются равенством нулю алгебраической суммы сигналов согласно с выражениями (5). Эти управляющие сигналы преобразуются из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, и на выходе ФУСi (21) формируются управляющие сигналы , , , которые стабилизируют напряжение прямой последовательности на общей нагрузке и распределяют ток нагрузки прямой последовательности между источниками.The pulsation component of the d- and q-components will be largely suppressed by the integrators and will not participate in the formation of constant components of the control signals at the outputs of the integrators. At the inputs of the integrators of the d- and q-components of the control signals in the steady state, constant signals will be formed, the values of which are determined by the equality to zero of the algebraic sum of the signals in accordance with expressions (5). These control signals are converted from a two-phase dq-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system, and control signals are generated at the output of the FUSi (21) , , which stabilize the direct sequence voltage across a common load and distribute the direct sequence load current between sources.
По измеренным мгновенным значениям токов источников определяются их нулевые последовательности на выходе пропорционального звена (13), а на выходе схемы вычитания (14) формируется разность нулевых последовательностей, например, i+1 и i-го источников. Эта разность нулевых составляющих будет содержать широкий спектр комбинационных гармонических составляющих, амплитуды которых значительно снижаются с увеличением их номера. Поэтому достаточно выровнять конечное число гармонических составляющих нулевых последовательностей токов источников со значительными амплитудами. На выходах схем выделения гармонических составляющих Wp1, …, Wpp (15, 16) формируются сигналы соответствующих гармонических составляющих с большим коэффициентом усиления. Эти сигналы суммируются в сумматоре гармонических составляющих (17) и затем суммируются с полученными на выходах ФУСi (21) управляющими сигналами в сумматорах модулирующих сигналов (18, 19, 20). Полученные модулирующие сигналы задают моменты включения вентилей силовой схемы статического преобразователя СПi (6), высокочастотная часть спектра выходного напряжения статического преобразователя СПi (6) в значительной степени подавляется низкочастотным силовым фильтром Фi (8), и близкое к синусоидальной форме формируется напряжение на общей нагрузке и выходные токи источников.From the measured instantaneous values of the currents of the sources, their zero sequences are determined at the output of the proportional link (13), and at the output of the subtraction circuit (14), a difference of zero sequences is formed, for example, i + 1 and the ith source. This difference of the zero components will contain a wide range of combinational harmonic components, the amplitudes of which decrease significantly with an increase in their number. Therefore, it is enough to align a finite number of harmonic components of zero sequences of source currents with significant amplitudes. At the outputs of the harmonic component extraction circuits Wp 1 , ..., Wp p (15, 16), signals of the corresponding harmonic components with a large gain are formed. These signals are summed in the harmonic component adder (17) and then summed with the control signals received at the outputs of the FUSi (21) in the adders of modulating signals (18, 19, 20). The obtained modulating signals set the switching times of the valves of the power circuit of the static converter SPi (6), the high-frequency part of the output voltage spectrum of the static converter SPi (6) is largely suppressed by the low-frequency power filter Фi (8), and a voltage common to the sinusoidal shape is formed and output currents of sources.
Докажем, что в предложенном способе управления будет происходить выравнивание гармонических составляющих токов нулевых последовательностей источников.Let us prove that in the proposed control method, the harmonics of the currents of the zero sequences of the sources will be aligned.
Согласно блок-схеме на фиг.1 изображения выходных токов к-го источника , , можно представить в виде:According to the block diagram of figure 1 images of the output currents of the k-th source , , can be represented as:
; ;
где , , - изображения модулирующих сигналов к-го источника;Where , , - images of modulating signals of the k-th source;
, - изображения токов нулевой последовательности к-го и к+1-го источников; , - images of zero sequence currents of the k-th and k + 1-th sources;
Wpi(s) - передаточная функция i-ой схемы выделения гармонических составляющих;W pi (s) is the transfer function of the i-th scheme for the allocation of harmonic components;
KПЧ - коэффициент усиления силовой схемы статического преобразователя с учетом системы импульсно-фазового управления;K IF is the gain of the power circuit of the static converter taking into account the pulse-phase control system;
, , - передаточные функции проводимостей линейной части силовой схемы от i-го к k-му статическому преобразователю с учетом параметров силового фильтра и несимметричной нагрузки; , , - transfer functions of the conductivities of the linear part of the power circuit from the i-th to the k-th static converter taking into account the parameters of the power filter and asymmetric load;
, , - изображения ЭДС выходных фаз 1-го преобразователя; , , - EMF image of the output phases of the 1st converter;
р - число выделяемых гармонических составляющих в нулевых последовательностях токов источников;p is the number of distinguished harmonic components in zero sequences of source currents;
N - число параллельно работающих источников.N is the number of parallel sources.
Определим изображение нулевой составляющей тока к-го источника:Define the image of the zero current component of the k-th source:
Подставим выражения (5) в выражение (6) и выразим из полученного равенства . В результате получим:We substitute expressions (5) into expression (6) and express from the resulting equality . As a result, we get:
Затем определим по выражению (8) значение j-ой гармонической составляющей ωj в нулевой последовательности тока k-го источника для предлагаемого способа управления. Для этого представим в суммах числителя и знаменателя выражения (8) передаточную функцию схемы выделения j-ой гармонической составляющей ωj в виде:Then, using expression (8), we determine the value of the jth harmonic component ω j in the zero sequence of the current of the kth source for the proposed control method. To do this, we present in the sums of the numerator and denominator of expression (8) the transfer function of the allocation circuit of the jth harmonic component ω j in the form:
После этого приведем к общему знаменателю выражения числителя и знаменателя в формуле (8) и заменим комплексную переменную s на j ωj. В результате все слагаемые числителя и знаменателя выражения (8), умноженные на , которое равно нулю, обращаются в ноль.After that, we bring to the common denominator the expressions of the numerator and denominator in formula (8) and replace the complex variable s with j ω j . As a result, all terms of the numerator and denominator of expression (8) multiplied by , which is zero, vanish.
Выражение (8) преобразуется к виду:Expression (8) is converted to the form:
Выполнив аналогичные выводы для каждого из N параллельно работающих источников, можно получить следующие равенства:Having performed similar conclusions for each of N parallel sources, one can obtain the following equalities:
Равенства (11) показывают, что при предложенном способе управления выполняется равенство значений гармонических составляющих токов нулевых последовательностей всех N параллельно работающих источников, которые выделяются соответствующими схемами. Следовательно, повышается равномерность распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками за счет равномерного распределения тока нулевой последовательности нагрузки между источниками при несимметричной нагрузке.Equalities (11) show that with the proposed control method, the values of the harmonic components of the currents of zero sequences of all N parallel sources are equal, which are highlighted by the corresponding schemes. Therefore, the uniformity of the distribution of the load current between the parallel sources increases due to the uniform distribution of the current of the zero sequence of the load between the sources with an asymmetric load.
На фиг.2 представлены эпюры напряжения на общей нагрузке и токов источников, полученные в результате моделирования в пакете PSim параллельной работы трех источников на общую нагрузку для способа-прототипа. Статические преобразователи - инверторы напряжения с ШИМ. Выходная частота - 400 Гц, частота коммутации - 20 кГц, номинальное действующее напряжение - 115 В, сопротивления нагрузки: фаза А - 1,65 Ома, фазы В и С - холостой ход (1 МоМ).Figure 2 presents the plot of the voltage at the total load and currents of the sources obtained by modeling in the PSim package the parallel operation of three sources for the total load for the prototype method. Static converters - voltage inverters with PWM. The output frequency is 400 Hz, the switching frequency is 20 kHz, the rated effective voltage is 115 V, the load resistances: phase A is 1.65 Ohms, phases B and C are idle (1 MoM).
На фиг.3 представлены: мгновенные значения фазных напряжений на общей нагрузке Uн(A), Uн(B), Uн(C) (первый график), мгновенные значения токов нагруженной фазы А трех источников I1(A), I1(B), I1(C) (второй график), действующие значения токов фазы А источников I1eff(A), I2eff(A), I3eff(A) (третий график), мгновенные значения токов нулевых последовательностей первого I0(1) (четвертый график), второго I0(2) (пятый график) и третьего I0(3) (шестой график) источников. На фиг.3 представлены аналогичные графики указанных величин при реализации предложенного способа управления при выделении первой и третьей гармонических составляющих разностей нулевых последовательностей в каждом источнике. Результаты моделирования показывают, что при реализации предложенного способа управления происходит выравнивание мгновенных значений токов источников (вторые графики) и действующих значений токов источников (третьи графики).Figure 3 presents: instantaneous values of phase voltages at the total load Un (A), Un (B), Un (C) (first graph), instantaneous values of the currents of the loaded phase A of three sources I 1 (A), I 1 (B ), I 1 (C) (second graph), current values of phase A currents of sources I 1eff (A), I 2eff (A), I 3eff (A) (third graph), instantaneous values of zero sequence currents of the first I 0 (1 ) (fourth graph), second I 0 (2) (fifth graph) and third I 0 (3) (sixth graph) sources. Figure 3 presents similar graphs of these values when implementing the proposed control method when highlighting the first and third harmonic components of the differences of zero sequences in each source. The simulation results show that when the proposed control method is implemented, the instantaneous values of the source currents (second graphs) are aligned with the current values of the source currents (third graphs).
Таким образом, предложенный способ повышает равномерность распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками за счет равномерного распределения тока нулевой последовательности нагрузки между ними.Thus, the proposed method increases the uniformity of the distribution of the load current between parallel sources due to the uniform distribution of the current of the zero sequence of the load between them.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011100756/07A RU2460194C1 (en) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011100756/07A RU2460194C1 (en) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011100756A RU2011100756A (en) | 2012-07-20 |
RU2460194C1 true RU2460194C1 (en) | 2012-08-27 |
Family
ID=46846993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011100756/07A RU2460194C1 (en) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2460194C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1229921A1 (en) * | 1984-10-09 | 1986-05-07 | Новосибирский электротехнический институт | Method of controlling two static frequency converters operating in parallel on common load |
GB2175155A (en) * | 1985-04-30 | 1986-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | Paralleling ac converters |
US4947310A (en) * | 1988-05-30 | 1990-08-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Parallel operating system for alternate current output converters |
WO2003073595A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | Kone Corporation | Vector control of an electronic power converter |
RU2380820C1 (en) * | 2008-05-12 | 2010-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method for control of static stabilised ac voltage sources, working in parallel for common load |
RU2381609C1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method to control static stabilised dc voltage sources operating in parallel into common load |
RU2394346C1 (en) * | 2008-11-24 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load |
-
2011
- 2011-01-12 RU RU2011100756/07A patent/RU2460194C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1229921A1 (en) * | 1984-10-09 | 1986-05-07 | Новосибирский электротехнический институт | Method of controlling two static frequency converters operating in parallel on common load |
GB2175155A (en) * | 1985-04-30 | 1986-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | Paralleling ac converters |
US4947310A (en) * | 1988-05-30 | 1990-08-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Parallel operating system for alternate current output converters |
WO2003073595A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | Kone Corporation | Vector control of an electronic power converter |
RU2380820C1 (en) * | 2008-05-12 | 2010-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method for control of static stabilised ac voltage sources, working in parallel for common load |
RU2394346C1 (en) * | 2008-11-24 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load |
RU2381609C1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method to control static stabilised dc voltage sources operating in parallel into common load |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011100756A (en) | 2012-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vechiu et al. | Transient operation of a four-leg inverter for autonomous applications with unbalanced load | |
Qasim et al. | Artificial-neural-network-based phase-locking scheme for active power filters | |
Burger et al. | Fast signal conditioning in single phase systems | |
EP2269294A2 (en) | Dc bus voltage harmonics reduction | |
CN109716640B (en) | Circulating current control in modular multilevel voltage source converter | |
Iwanski | Virtual torque and power control of a three-phase converter connected to an unbalanced grid with consideration of converter current constraint and operation mode | |
RU2697262C1 (en) | Control method of voltage inverter in uninterrupted power supply systems and systems of electric energy accumulation at sharply alternating load | |
RU2475914C1 (en) | Electric energy quality improvement method | |
RU2522036C2 (en) | Method for control of three-phase voltage inverter with current stabilisation at transfer to overload mode | |
RU2444833C1 (en) | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load | |
RU2460194C1 (en) | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry | |
Iwanski et al. | New stationary frame transformation for control of a three-phase power converter under unbalanced grid voltage sags | |
Hornik et al. | H∞ current control strategy for the neutral point of a three-phase inverter | |
RU2442275C1 (en) | Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load | |
RU2381609C1 (en) | Method to control static stabilised dc voltage sources operating in parallel into common load | |
Kalla | Sliding reinforced competitive learning scheme for voltage and frequency regulation of diesel engine driven standalone single-phase generators | |
RU2394346C1 (en) | Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load | |
RU2677628C1 (en) | Three-phase reactive power compensator | |
Mehta et al. | Design, analysis and implementation of DSP based single-phase shunt active filter controller | |
RU2472269C1 (en) | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry | |
RU2472268C1 (en) | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load | |
CN104201698A (en) | DC bus voltage dynamic stability control system and method based on double PWM type energy storage current transformer | |
RU2733999C1 (en) | Voltage inverter control method in electric energy accumulation systems with sharply alternating load | |
RU2452076C2 (en) | Methods for control of static stabilised ac voltage sources working in parallel for common load | |
RU2472281C1 (en) | Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140113 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150510 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160113 |