RU2472268C1

RU2472268C1 - Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load

Info

Publication number: RU2472268C1
Application number: RU2011128534A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Бородин; Сергей Александрович Харитонов; Александра Ивановна Христолюбова; Архат Маратович Китапбаев; Сергей Николаевич Завертан; Вадим Викторович Машинский
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие. Производственное объединение "Север"
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: instantaneous value of common voltage is measured, as well as instantaneous values of output currents of sources, they are converted from a three-phase abc-system of coordinates into a rotary double-phase dq-system of coordinates, reference signals are generated for d- and q-components of common voltage, signals proportional to d- and q-components of common voltage, signals proportional to d- and q-components of currents of sources, the first and second differential signals, the first and second signals of comparison by means of integration of appropriate first and second differential signals, d- and q-components of a control signal are generated, modulating signals are generated by reverse conversion into a three-phase abc-system of coordinates, one of parallel operating sources is selected as master, and other ones - as slave, besides, the first and second differential signals of a master source are generated by subtraction of signals, proportional to d- and q-components of common voltage, from reference signals, for master sources the first and second differential signals are generated by subtraction of a signal proportional to d- and q-components of its current from a signal proportional to d- and q-components of the master source current, and the specified d- and q-components of control signals are generated by summation of signals of comparison and signals proportional to d- and q-components of currents of sources.

EFFECT: increased accuracy of specified distribution of load current between parallel operating sources.

3 dwg

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.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 storage battery, fuel cell, or 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.

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 и стабилизация параметров напряжения на общей нагрузке в статическом и динамических режимах при ее коммутации.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 of the sources) the load current between the parallel sources and stabilization of the voltage parameters on the total load in static and dynamic modes during its switching.

Известен способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку [Патент РФ №2379812, H02J 3/46, H02M 7/48, H02M 7/493, H02M 7/5387. Способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку / Н.И.Бородин, С.А.Харитонов. - опубл. БИ №2, 2010 г.], состоящий в том, что измеряют мгновенные значения общего напряжения и для каждого источника измеряют мгновенные значения выходных токов, формируют эталонный сигнал амплитуды, формируют эталонный сигнал фазы, формируют сигналы, пропорциональные амплитуде и фазе общего напряжения, измеряют активные и реактивные составляющие токов источника, для каждой составляющей формируют разностные напряжения активных и реактивных составляющих токов как разность соответствующих 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 суммарных сигналов используется только один раз, разностное напряжение активных составляющих токов суммируют с сигналом, пропорциональным амплитуде выходного напряжения источника, формируют сигнал сравнения амплитуды путем интегрирования разности эталонного сигнала амплитуды и суммарного сигнала, соответствующего разности активных составляющих токов, пропорционально сигналу сравнения амплитуды формируют амплитуду управляющего напряжения, разностное напряжение реактивных составляющих токов суммируют с сигналом, пропорциональным фазе выходного напряжения источника, формируют сигнал сравнения фазы путем интегрирования разности эталонного сигнала фазы и суммарного сигнала, соответствующего разности реактивных составляющих токов, пропорционально которому формируют фазу управляющего напряжения.A known method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load [RF Patent No. 2379812, H02J 3/46, H02M 7/48, H02M 7/493, H02M 7/5387. A method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load / N.I. Borodin, S.A.Kharitonov. - publ. BI No. 2, 2010], which consists in measuring the instantaneous values of the total voltage and for each source measure the instantaneous values of the output currents, form the reference signal of the amplitude, form the reference signal of the phase, form the signals proportional to the amplitude and phase of the total voltage, measure active and reactive components of the source currents, for each component the difference voltages of the active and reactive components of the currents are formed as the difference of the corresponding component currents of only two sources, namely different the components of the currents of this and other sources or the difference of the components of the currents of other sources, each difference being used only once during the formation of the corresponding summed signals, the difference voltage of the active components of the currents is summed with a signal proportional to the amplitude of the output voltage of the source, an amplitude comparison signal is generated by integrating the difference of the reference the amplitude signal and the total signal corresponding to the difference of the active components of the currents are proportional to alu comparison amplitude form the amplitude control voltage, a differential voltage of reactive components of the currents are summed with a signal proportional to an output voltage phase, forming phase comparison signal by integrating the difference between the reference phase and the sum signal of the signal corresponding to the difference of reactive components of the currents, proportional to which is formed the phase control voltage.

Данный способ управления обладает недостаточной точностью заданного распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками из-за возможных разбросов значений эталонных сигналов амплитуды и фазы источников в допустимых со стороны нагрузки пределах. При одинаковой номинальной мощности параллельно работающих источников ток нагрузки при таком способе управления будет распределяться между ними неравномерно. При параллельной работе источников разной номинальной мощности и возможных разбросах эталонных сигналов будет нарушаться пропорциональность номинальной мощности источников при распределении тока нагрузки между ними.This control method has insufficient accuracy of the specified distribution of the load current between parallel sources due to possible variations in the values of the reference signals of the amplitude and phase of the sources within the acceptable range from the load side. With the same rated power of parallel running sources, the load current with this control method will be distributed unevenly between them. With parallel operation of sources of different nominal power and possible scatter of the reference signals, the proportionality of the nominal power of the sources will be violated during the distribution of the load current between them.

При коммутации общей нагрузки напряжение на общей нагрузке будет иметь «выброс» и «провал», обусловленные внешними характеристиками источников, и конечное время восстановления значения напряжения на общей нагрузке за счет использования операции интегрирования при формировании сигналов сравнения амплитуды и фазы.When switching a common load, the voltage on the common load will have a “surge” and “dip” due to the external characteristics of the sources, and the final recovery time of the voltage value on the common load due to the use of the integration operation when generating amplitude and phase comparison signals.

Кроме того, известен способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку [Патент РФ №2380820, H02M 5/297, H02M H02M 7/493, H02P 13/00. Способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку / Н.И.Бородин, С.А.Харитонов. - опубл. БИ, №3, 2010 г.], который является прототипом предлагаемого изобретения и заключается в том, что измеряют мгновенные значения общего напряжения и для каждого источника мгновенные значения выходных токов, 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 общего напряжения источников, формируют сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим общего напряжения, формируют сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим токов источников, для каждого источника формируют первый и второй разностные сигналы путем вычитания соответственно d- и 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 и второй сигналы сравнения путем интегрирования разности соответствующих эталонных сигналов для d- и q-составляющих напряжения источника и суммарных сигналов, соответствующих разности d- и q-составляющих токов источников, формируют d- или q-составляющие управляющего сигнала пропорционально сигналам сравнения, формируют амплитуду и фазу модулирующих сигналов обратным преобразованием d- и q-составляющих управляющего сигнала из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат.In addition, a known method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel to a common load [RF Patent No. 2380820, H02M 5/297, H02M H02M 7/493, H02P 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. BI, No. 3, 2010], which is a prototype of the invention and consists in measuring the instantaneous values of the total voltage and for each source the instantaneous values of the output currents, the instantaneous values of the total voltage and the output current of each source are converted from a three-phase abc system coordinates into a two-phase dq-coordinate system rotating with a constant frequency Ω, form reference signals for the d- and q-components of the total voltage of the sources, generate signals proportional to the d- and q-components of the common voltage phenomena, generate signals proportional to the d- and q-components of the currents of the sources, for each source generate the first and second difference signals by subtracting the d- and q-components of the currents of the sources, respectively, and these first and second difference signals form, respectively, as the difference 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, each difference in the formation of the corresponding difference x signals are 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 and second comparison signals are generated by integrating the difference of the corresponding reference signals for d- and the q-components of the source voltage and the total signals corresponding to the difference of the d- and q-components of the source currents form the d- or q-components of the control signal proportionally As for the comparison signals, the amplitude and phase of the modulating signals are formed by the inverse transformation of the d- and q-components of the control signal from the two-phase dq-coordinate system to the three-phase abc-coordinate system.

Для этого способа управления установившийся режим работы каждого i-го источника описывается следующей системой уравнений, представляющих собой равенство нулю алгебраической суммы входных токов интеграторов d- и q-составляющих:For this control method, the steady-state operation mode of each i-th source is described by the following system of equations, which are the zero equality of the algebraic sum of the input currents of the integrators of d- and q-components:

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;

,

- relative values of stabilized output voltage parameters;

,

- относительные составляющие токов источников;

,

- relative components of currents of 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;

U_Нном, I_Нном, Z_Нном - номинальные действующие значения напряжения и тока нагрузки и модуль номинального значения сопротивления нагрузки;U _Nnom , I _Nnom , Z _Nnom - the nominal effective values of the voltage and current of the load and the module of the nominal value of the load resistance;

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.

Просуммируем уравнения (1) для d- и для q-составляющих для всех N источников. В результате получим:Summarize Eqs. (1) for the d and q components for all N sources. As a result, we get:

При одинаковых значениях номинальной мощности источников и соответственно одинаковых коэффициентах пропорциональности всех

всех

выражения (2) преобразуются к виду:With the same values of the rated power of the sources and, accordingly, the same proportionality coefficients of all

of all

expressions (2) are converted to the form:

Просуммируем уравнения (1) d- и q-составляющих для j-го и (j+1)-го источников одинаковой номинальной мощности с учетом выражения (3). В результате получим:We summarize the equations (1) of the d- and q-components for the jth and (j + 1) -th sources of the same nominal power, taking into account expression (3). As a result, we get:

Выражения (4) показывают, что разница d- и q- составляющих токов источников при их одинаковой номинальной мощности определяется разницей соответствующих эталонных сигналов. При возможных разбросах значений эталонных сигналов d- и q-составляющих выходных напряжений источников в допустимых со стороны нагрузки пределах разница d - и q-составляющих токов источников будет конечной и отличной от нуля.Expressions (4) show that the difference of the d- and q-components of the currents of the sources at their identical rated power is determined by the difference of the corresponding reference signals. With possible scatter of the values of the reference signals of the d- and q-components of the output voltages of the sources within the allowable load side, the difference between the d- and q-components of the currents of the sources will be finite and non-zero.

При одинаковой номинальной мощности параллельно работающих источников ток нагрузки при таком способе управления будет распределяться между ними неравномерно. При параллельной работе источников разной номинальной мощности и возможных разбросах эталонных сигналов будет нарушаться пропорциональность номинальной мощности источников при распределении тока нагрузки между ними.With the same rated power of parallel running sources, the load current with this control method will be distributed unevenly between them. With parallel operation of sources of different nominal power and possible scatter of the reference signals, the proportionality of the nominal power of the sources will be violated during the distribution of the load current between them.

Кроме этого, как и в предыдущем способе, использование при формировании сигналов сравнения операции интегрирования приводит к тому, что при коммутации общей нагрузки напряжение на нее будет иметь «выброс» и «провал», обусловленные внешними характеристиками источников, и конечное время восстановления значения напряжения на общей нагрузке.In addition, as in the previous method, the use of the integration operation when generating the comparison signals leads to the fact that when switching the total load, the voltage on it will have an “outlier” and a “failure” due to the external characteristics of the sources, and the final recovery time of the voltage value by total load.

Задача изобретения заключается в повышении точности заданного распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками пропорционально номинальной мощности каждого источника в статическом режиме и уменьшение изменения напряжения на общей нагрузке и снижение времени переходного процесса при коммутации общей нагрузки.The objective of the invention is to improve the accuracy of the specified distribution of the load current between parallel sources in proportion to the rated power of each source in static mode and to reduce voltage changes on the total load and reduce the transient time when switching the total load.

Это достигается тем, что в известном способе управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку, заключающемся в том, что измеряют мгновенное значение общего напряжения и для каждого источника мгновенные значения выходных токов, 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 общего напряжения источников, формируют сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим общего напряжения, формируют сигналы, пропорциональные d-и q-составляющим токов источников, для каждого источника формируют первый разностный сигнал и второй разностный сигнал, первый сигнал сравнения и второй сигнал сравнения путем интегрирования соответствующих первого и второго разностных сигналов, формируют d- и q-составляющие управляющего сигнала, формируют амплитуду и фазу модулирующих сигналов обратным преобразованием d- и q-составляющих управляющих сигналов из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, один из параллельно работающих источников выбирают ведущим, а остальные - ведомыми, причем первый разностный сигнал ведущего источника формируют путем вычитания сигнала, пропорционального d-составляющей общего напряжения из эталонного сигнала для d-составляющей общего напряжения, второй разностный сигнал ведущего источника формируют путем вычитания сигнала, пропорционального q-составляющей общего напряжения из эталонного сигнала для q-составляющей общего напряжения, а для остальных ведомых источников первый разностный сигнал формируют путем вычитания сигнала, пропорционального d-составляющей тока ведомого источника, из сигнала, пропорционального d-составляющей тока ведущего источника, второй разностный сигнал формируют путем вычитания сигнала, пропорционального q-составляющей тока ведомого источника, из сигнала, пропорционального q-составляющей тока ведущего источника, а указанные d- и q-составляющие управляющего сигнала для каждого источника формируют суммированием соответствующих сигналов сравнения и сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим тока источника.This is achieved by the fact that in the known method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel on a common load, namely, they measure the instantaneous value of the total voltage and for each source the instantaneous values of the output currents, the instantaneous values of the total voltage and the output current of each source convert from a three-phase abc coordinate system to a two-phase dq coordinate system rotating with a constant frequency Ω, reference signals are formed for the d and q components their total voltage of the sources, generate signals proportional to the d- and q-components of the total voltage, generate signals proportional to the d-and q-components of the currents of the sources, for each source form the first difference signal and the second difference signal, the first comparison signal and the second comparison signal by integrating the corresponding first and second difference signals, the d- and q-components of the control signal are formed, the amplitude and phase of the modulating signals are formed by the inverse transformation of the d- and q-components of the control of the signals from the two-phase dq coordinate system to the three-phase abc coordinate system, one of the parallel working sources is selected as the leading one and the others as slave ones, and the first differential signal of the leading source is formed by subtracting the signal proportional to the d-component of the total voltage from the reference signal for of the component of the total voltage, the second difference signal of the leading source is formed by subtracting the signal proportional to the q component of the total voltage from the reference signal for the q component of voltage, and for the remaining slave sources, the first difference signal is generated by subtracting the signal proportional to the d-component of the current of the slave source from the signal proportional to the d-component of the current of the master source, the second difference signal is formed by subtracting the signal proportional to the q-component of current of the slave source , from a signal proportional to the q-component of the current of the leading source, and the indicated d- and q-components of the control signal for each source are formed by summing the corresponding boiling comparison signals and signals proportional to the d- and q-components of the source current.

На фиг.1 представлена одна из возможных блок-схем, реализующая предлагаемый способ управления. На фиг.2 - эпюры общего напряжения, токов и сигналов системы импульсно-фазового управления для способа-прототипа. На фиг.3 - эпюры общего напряжения, токов и сигналов управления для предлагаемого способа.Figure 1 presents one of the possible flowcharts that implements the proposed control method. Figure 2 - plot of the total voltage, currents and signals of the pulse-phase control system for the prototype method. Figure 3 - plot of the total voltage, currents and control signals for the proposed method.

Блок-схема (фиг.1) включает N параллельно работающих трехфазных источников ИСТ₁, ИСТ₂, …, ИСТ_N (1, 2, 3) на общую нагрузку Н (4). Первый источник ИСТ₁ (1) является ведущим, а остальные 2, …, N (2, 3) - ведомыми. Ведущий источник ИСТ₁ (1) содержит источник эталонного сигнала d-составляющей выходного напряжения

и источник эталонного сигнала q-составляющей выходного напряжения

, которые соединены с первыми уменьшаемыми входами схем вычитания (7, 8). Вторые вычитаемые входы схем вычитания (7, 8) соединены с выходами пропорциональных звеньев для d- и q-составляющих выходного напряжения

. Выходы схем вычитания (7, 8) соединены с входами интеграторов

. Входы интеграторов (11, 12) соединены с входами сумматоров (13, 14). Вторые входы сумматоров (13, 14) соединены с выходами пропорциональных звеньев

. Выходы сумматоров (15, 16) соединены с входами обратного преобразователя координат ПК^-1 (17), выходы которых соединены с входами системы импульсно-фазового управления СИФУ₁ (18). Выходы систем импульсно-фазового управления соединены с управляющими входами силовой схемы статического преобразователя частоты ПЧ (19). Силовые схемы преобразователей соединены с выходами источников нестабильного напряжения Uc1 (20). Выходы силовых схем через низкочастотные фильтры Ф (21), датчики мгновенного значения фазного тока ДТа, ДТв, ДТс (22…24) соединены с общей нагрузкой Н (4) и входами прямых преобразователей координат выходного напряжения ПК (25). Выходы прямых преобразователей координат выходного напряжения ПК (25) соединены с входами пропорциональных звеньев

. Выходы датчиков мгновенных значений фазных токов ДТа, ДТв, ДТс (22…24) соединены с входами прямого преобразователя координат выходного тока ведущего источника ПК (26), выходы которых соединены с входами пропорциональных звеньев всех ведомых источников (27, 28) и входами пропорциональных звеньев ведущего источника

.The block diagram (figure 1) includes N parallel three-phase sources IST ₁ , IST ₂ , ..., IST _N (1, 2, 3) for the total load N (4). The first source of IST ₁ (1) is the lead, and the remaining 2, ..., N (2, 3) are the followers. The leading source IST ₁ (1) contains the source of the reference signal d-component of the output voltage

and a reference signal source q-component of the output voltage

which are connected to the first reducible inputs of the subtraction schemes (7, 8). The second deductible inputs of the subtraction schemes (7, 8) are connected to the outputs of the proportional links for the d- and q-components of the output voltage

. The outputs of the subtraction circuits (7, 8) are connected to the inputs of the integrators

. The inputs of the integrators (11, 12) are connected to the inputs of the adders (13, 14). The second inputs of the adders (13, 14) are connected to the outputs of the proportional links

. The outputs of the adders (15, 16) are connected to the inputs of the inverse coordinate transformer PC ^-1 (17), the outputs of which are connected to the inputs of the pulse-phase control system SIFU ₁ (18). The outputs of the pulse-phase control systems are connected to the control inputs of the power circuit of the inverter static frequency converter (19). The power circuits of the converters are connected to the outputs of the unstable voltage sources Uc1 (20). The outputs of the power circuits through low-frequency filters F (21), sensors of the instantaneous value of the phase current DTa, DTv, DTs (22 ... 24) are connected to the common load N (4) and to the inputs of the direct coordinate converters of the output voltage PC (25). The outputs of the direct transducers of coordinates of the output voltage of the PC (25) are connected to the inputs of the proportional links

. The outputs of the sensors of instantaneous values of phase currents DTa, DTv, DTs (22 ... 24) are connected to the inputs of the direct coordinate converter of the output current of the leading PC source (26), the outputs of which are connected to the inputs of the proportional links of all the driven sources (27, 28) and the inputs of the proportional links lead source

.

Выходы пропорциональных звеньев (27, 28) ведомых источников соединены с уменьшаемыми входами схем вычитания (29, 30). Выходы схем вычитания (29, 30) соединены с входами интеграторов d- и q-составляющих

ведомых источников, выходы которых соединены с первыми входами сумматоров (33, 34), а со вторыми входами сумматоров (33, 34) соединены выходы пропорциональных звеньев

. Выходы сумматоров (33, 34) соединены с входами прямых преобразователей координат ПК (37) токов ведомых источников, выходы которых с входами систем импульсно-фазового управления СИФУ₂ (38). Выходы систем импульсно-фазового управления соединены с силовыми схемами статических преобразователей частоты ПЧ (39). Силовые схемы преобразователей соединены с выходами источников нестабильного напряжения Uc2 (40). Выходы силовых схем через низкочастотные фильтры Ф (41), датчики мгновенного значения фазного тока ДТа, ДТв, ДТс (42…44) соединены с общей нагрузкой Н (4). Выходы датчиков мгновенных значений фазных токов ДТа, ДТв, ДТс (42…44) соединены с входами прямого преобразователя координат выходного тока ведомых источников ПК (45), выходы которых соединены с входами пропорциональных звеньев (35, 36) и вычитаемыми входами схем вычитания (29, 30).The outputs of the proportional links (27, 28) of the driven sources are connected to the reduced inputs of the subtraction circuits (29, 30). The outputs of the subtraction schemes (29, 30) are connected to the inputs of the integrators of d- and q-components

slave sources, the outputs of which are connected to the first inputs of the adders (33, 34), and the outputs of the proportional links are connected to the second inputs of the adders (33, 34)

. The outputs of the adders (33, 34) are connected to the inputs of the direct coordinate converters of the PC (37) of the currents of the driven sources, the outputs of which are with the inputs of the pulse-phase control systems of SIFU ₂ (38). The outputs of the pulse-phase control systems are connected to the power circuits of the inverter static frequency converters (39). The power circuits of the converters are connected to the outputs of the unstable voltage sources Uc2 (40). The outputs of the power circuits through low-frequency filters F (41), sensors of the instantaneous value of the phase current DTa, DTv, DTs (42 ... 44) are connected to the total load N (4). The outputs of the sensors of instantaneous values of the phase currents DTa, DTv, DTs (42 ... 44) are connected to the inputs of the direct coordinate converter of the output current of the driven PC sources (45), the outputs of which are connected to the inputs of the proportional links (35, 36) and the subtracted inputs of the subtraction schemes (29 , thirty).

Нагрузка Н (4) может представлять собой резистор или последовательное или параллельное включение резистора и дросселя. Источники эталонных сигналов - для d-составляющей общего напряжения (5) и для q-составляющей общего напряжения (6), например, параметрические стабилизаторы (см. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986). Схемы вычитания (7, 8, 29, 30), сумматоры (13, 14, 33, 34), пропорциональные звенья (9, 10, 15, 16, 27, 28, 35, 36), интеграторы (11, 12, 31, 32) 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). Обратный преобразователь координат ПК^-1 (17, 37) реализует известное из электромеханики и теории автоматизированного электропривода преобразование двух dq-координат системы координат, вращающейся с постоянной частотой Ω, в трехфазную, с постоянной частотой Ω abc-систему координат (Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и представляет собой умножитель аналоговых сигналов (Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.). СИФУ_i (17, 37) - стандартная система импульсно-фазового управления, реализующая вертикальный принцип управления (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980). Силовая схема статического источника переменного напряжения ПЧ (19, 39) может представлять собой непосредственный преобразователь частоты или последовательное включение выпрямителя и инвертора или инвертор (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980). Источник нестабильного напряжения Uci (20, 40) - промышленная сеть или синхронный генератор с переменной скоростью вращения ротора с или аккумуляторная батарея. Силовой фильтр Ф (21, 41), например однозвенный LC-фильтр в каждой выходной фазе или С-фильтр в каждой выходной фазе. Датчики мгновенного значения фазного тока (22…24 и 42…44), например, трансформаторы тока. Прямые преобразователи координат ПК (25, 26, 45) реализуют известное из электромеханики и теории автоматизированного электропривода преобразование трехфазных величин (токов и напряжений) из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω d- и q-составляющие системы dq-координат (Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и представляют собой умножители аналоговых сигналов (Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с).The load H (4) may be a resistor or series or parallel connection of a resistor and inductor. Sources of reference signals - for the d-component of the total voltage (5) and for the q-component of the total voltage (6), for example, parametric stabilizers (see Power sources of electronic equipment: Reference / Edited by G.S. Naivelt. - M. : Radio and Communications, 1986). Subtraction schemes (7, 8, 29, 30), adders (13, 14, 33, 34), proportional links (9, 10, 15, 16, 27, 28, 35, 36), integrators (11, 12, 31 , 32) are typical elementary units known from the theory of automatic control (see. Theory of automatic control. Part 1. Theory of linear systems of automatic control. Edited by A.A. Voronov. Textbook for universities. - M .: High School, 1977). The inverse coordinate converter PK ^-1 (17, 37) implements the transformation of two dq-coordinates of a coordinate system rotating with a constant frequency Ω into a three-phase, with a constant frequency Ω abc-coordinate system known from electromechanics and the theory of an automated electric drive (Vazhnov A.I. Transients in alternating current machines. - L .: Energy, Leningrad. Department, 1980) and is a multiplier of analog signals (Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M .: Radio and ide -. 1982. - 112 s).. SIFU _i (17, 37) is a standard pulse-phase 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) . The power circuit of a static AC voltage source (19, 39) can be a direct frequency converter or a series connection of a rectifier and an inverter or an inverter (see BC Rudenko, V. I. Senko, I. M. Chizhenko. Fundamentals of converter technology. - M. : High School, 1980). The source of unstable voltage Uci (20, 40) is an industrial network or a synchronous generator with a variable rotor speed c or a battery. Power filter F (21, 41), for example, a single-link LC filter in each output phase or a C filter in each output phase. Sensors for instantaneous phase current values (22 ... 24 and 42 ... 44), for example, current transformers. PC direct coordinate transformers (25, 26, 45) implement the transformation of three-phase quantities (currents and voltages) from the three-phase abc coordinate system into the d- and q-components of the dq-coordinate system rotating at a constant frequency (25, 26, 45), which is known from electromechanics and the theory of an automated electric drive Vazhnov A.I. Transient processes in alternating current machines .-- Leningrad: Energy, Leningrad Branch, 1980) and are multipliers of analog signals (Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in an electronic apparatus round -. M .: Radio and communication -. 1982. - 112).

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Источники эталонных сигналов (5, 6) формируют эталонные сигналы для d-составляющей

и q-составляющей

общего напряжения, представляющие собой постоянные напряжения, которые поступают на первые уменьшаемые входы соответствующих схем вычитания (7, 8). Преобразователи координат ПК (21, 22, 37) преобразуют трехфазные системы измеренных синусоидальных величин, соответственно общего напряжения нагрузки (21) и токов источников (22, 37), во вращающуюся с постоянной частотой Ω систему двух d- и q-координат, соответственно, напряжений

и токов

.The proposed method is as follows. Sources of reference signals (5, 6) form reference signals for the d component

and q component

total voltage, which are constant voltages that are supplied to the first diminished inputs of the corresponding subtraction circuits (7, 8). PC coordinate converters (21, 22, 37) convert three-phase systems of measured sinusoidal values, respectively, total load voltage (21) and source currents (22, 37), into a system of two d- and q-coordinates, rotating with a constant frequency Ω, respectively, stresses

and currents

.

В ведущем источнике ИСТ₁ (1) разницы эталонных сигналов d- и q-составляющих общего напряжения

,

(5, 6) и соответствующих сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим общего напряжения

,

с выхода схем вычитания (7, 8) поступают на входы интеграторов d- и q-составляющих общего напряжения

и

(11, 12), на выходе которых формируются первый и второй сигналы сравнения. Сигналы сравнения суммируются в сумматорах (13, 14) с сигналами, пропорциональными d- и q-составляющим тока ведущего источника, и тем самым формируются управляющие сигналы для d- и q-составляющих, которые обратным преобразователем координат ПК^-1 (13) преобразуются в трехфазную систему модулирующих напряжений, поступающих на входы системы импульсно-фазового управления СИФУ1 (14). В системе импульсно-фазового регулирования (14) модулирующие напряжения преобразуются в последовательность модулированных импульсов, обеспечивающих коммутацию силовых ключей схем статического источника переменного напряжения ПЧ (15), преобразующего энергию источника нестабильного напряжения Uc1 (16) в переменное напряжение стабильной частоты Ω с параметрами, определяемыми управляющим напряжением СИФУ1 (14). Силовой фильтр Ф (18) в значительной мере исключает высокочастотные составляющие спектра выходного напряжения и токов источников, обеспечивая их синусоидальность.In the leading source of IST ₁ (1), the differences of the reference signals of the d- and q-components of the total voltage

,

(5, 6) and corresponding signals proportional to the d- and q-components of the total voltage

,

from the output of the subtraction schemes (7, 8), they go to the inputs of the integrators of the d- and q-components of the total voltage

and

(11, 12), at the output of which the first and second comparison signals are formed. The comparison signals are summed in adders (13, 14) with signals proportional to the d- and q-components of the current of the leading source, and thereby control signals are generated for the d- and q-components, which are converted by the inverse coordinate transformer PC ^-1 (13) to a three-phase system of modulating voltages supplied to the inputs of the pulse-phase control system SIFU1 (14). In the system of pulse-phase regulation (14), the modulating voltages are converted into a sequence of modulated pulses that provide switching of the power switches of the static variable frequency drive source of the inverter (15), which converts the energy of the unstable voltage source Uc1 (16) into an alternating voltage of a stable frequency Ω with parameters defined control voltage SIFU1 (14). The power filter F (18) largely eliminates the high-frequency components of the spectrum of the output voltage and currents of the sources, ensuring their sinusoidality.

В результате в установившемся режиме в линейном диапазоне работы всех элементов схемы системы импульсно-фазового управления ведущего источника сигналы сравнения на выходах интеграторов

и

(11, 12) примут такие значения, при которых будут выполняться соотношения:As a result, in the steady state, in the linear range of operation of all elements of the circuit of the pulse-phase control system of the leading source, the comparison signals at the outputs of the integrators

and

(11, 12) will take such values at which the relations will be satisfied:

Измеренные датчиками тока ДТа, ДТв, ДТс (18…20) мгновенные значения выходных токов ведущего источника преобразователем координат ПК (22) преобразуются в d- и q-составляющие тока

,

, которые являются эталонными сигналами для токов ведомых источников. Эти сигналы через пропорциональные звенья (23, 24), коэффициент усиления которых определяется отношением номинальных значений тока ведомого источника к номинальному значению тока ведущего источника, поступают на уменьшаемые входы схем вычитания ведомых источников (25, 26). На вычитаемые входы схем вычитания (25, 26) поступают d- и q-составляющие токов ведомых источников с выходов преобразователя координат ПК (37). Разностные сигналы с выхода схем вычитания (25, 26) поступают на входы интеграторов ведомых источников

и

(27, 28), на выходе которых формируются соответствующие сигналы сравнения. Пропорционально сигналам сравнения формируются управляющие сигналы для d- и q-составляющих ведомых источников, которые обратным преобразователем координат ПК^-1 (29) преобразуются в трехфазную систему модулирующих напряжений, поступающих на входы системы импульсно-фазового управления СИФУ2 (30). В системе импульсно-фазового управления (30) модулирующие напряжения преобразуются в последовательность модулированных импульсов, обеспечивающих коммутацию силовых ключей схем статического источника переменного напряжения ПЧ (31), преобразующего энергию источника нестабильного напряжения Uc2 (32) в переменное напряжение стабильной частоты Ω с параметрами, определяемыми управляющим напряжением СИФУ2 (30). Силовой фильтр Ф (33) в значительной мере исключает высокочастотные составляющие спектра выходного напряжения и токов источников, обеспечивая их синусоидальность.Measured by current sensors DTa, DTv, DTs (18 ... 20), the instantaneous values of the output currents of the leading source by the coordinate transformer PC (22) are converted into d- and q-components of the current

,

which are the reference signals for the currents of the slave sources. These signals through proportional links (23, 24), the gain of which is determined by the ratio of the nominal values of the current of the slave source to the nominal value of the current of the master source, are fed to the diminished inputs of the subtraction schemes of the slave sources (25, 26). The subtracted inputs of the subtraction schemes (25, 26) receive the d- and q-components of the currents of the driven sources from the outputs of the PC coordinate converter (37). Difference signals from the output of the subtraction schemes (25, 26) are fed to the inputs of the integrators of the slave sources

and

(27, 28), at the output of which the corresponding comparison signals are formed. In proportion to the comparison signals, control signals are generated for the d- and q-components of the driven sources, which are converted by the inverse coordinate converter PK ^-1 (29) into a three-phase system of modulating voltages supplied to the inputs of the SIPU2 pulse-phase control system (30). In a pulse-phase control system (30), the modulating voltages are converted into a sequence of modulated pulses providing switching of the power switches of the static alternating voltage source of the inverter (31), which converts the energy of the unstable voltage source Uc2 (32) into an alternating voltage of a stable frequency Ω with parameters determined control voltage SIFU2 (30). The power filter F (33) largely eliminates the high-frequency components of the spectrum of the output voltage and currents of the sources, ensuring their sinusoidality.

В результате в установившемся режиме в линейном диапазоне работы всех элементов системы импульсно-фазового управления ведомых источников сигналы сравнения на выходах интеграторов

и

(27, 28) i-го ведомого источника примут такие значения, при которых будут выполняться соотношения:As a result, in the steady state, in the linear range of operation of all elements of the pulse-phase control system of the driven sources, the comparison signals at the outputs of the integrators

and

(27, 28) of the i-th slave source will take such values at which the relations will be satisfied:

Докажем, что в предложенном способе управления повышается точность заданного распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками пропорционально номинальной мощности каждого источника. Для этого преобразуем выражения (1) и (2) к виду:Let us prove that in the proposed control method, the accuracy of the specified distribution of the load current between parallel sources increases in proportion to the rated power of each source. To do this, we transform expressions (1) and (2) to the form:

Выражения (7) показывают, что параметры напряжения на общей нагрузке определяются приведенными относительными эталонными сигналами для соответствующих параметров выходного напряжения, и они не зависят от величины нагрузки.Expressions (7) show that the voltage parameters at the total load are determined by the given relative reference signals for the corresponding output voltage parameters, and they are independent of the load value.

По выражениям (8) определим разницу d- и q-составляющих токов между j-м и (j+2)-м источниками:From the expressions (8), we determine the difference of the d- and q-component currents between the jth and (j + 2) -th sources:

Выражения (8) и (9) показывают, что ток каждого из ведомых источников в установившемся режиме пропорционален току ведущего источника и не зависит ни от разбросов эталонных сигналов d- и q-составляющих напряжения на общей нагрузке, ни от величины самой нагрузки. Коэффициент пропорциональности Expressions (8) and (9) show that the current of each of the driven sources in the steady state is proportional to the current of the leading source and does not depend on the scatter of the reference signals of the d- and q-components of the voltage at the total load, or on the magnitude of the load itself. Proportionality coefficient

должен быть равен единице при одинаковых номинальных мощностях параллельно работающих источников или отличаться от единицы при разной номинальной мощности источников. Но при любом варианте соотношения номинальных мощностей параллельно работающих источников точность заданного распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками пропорционально номинальной мощности каждого источника будет выше, чем в способе-прототипе согласно полученным ранее выражениям (4).

must be equal to unity at the same rated power of parallel sources or differ from unity at different rated power of the sources. But with any variant of the ratio of nominal powers of parallel-running sources, the accuracy of a given distribution of the load current between parallel-running sources in proportion to the rated power of each source will be higher than in the prototype method according to the previously obtained expressions (4).

При коммутации общей нагрузки ток нагрузки и токи источников будут изменяться скачкообразно. Предложенное формирование d- и q-составляющих управляющих сигналов приводит к скачкообразному изменению d - и q-составляющих управляющих и модулирующих сигналов источников. Тем самым в переходном режиме будет осуществляться снижение «провала» и «выброса» напряжения на общей нагрузке и снижение времени переходного процесса установления напряжения.When switching the total load, the load current and the currents of the sources will change stepwise. The proposed formation of the d- and q-components of the control signals leads to an abrupt change in the d- and q-components of the control and modulating source signals. Thus, in the transition mode, the voltage “drop” and “surge” in the total load will be reduced and the time of the transition process of establishing the voltage will be reduced.

На фиг.2 представлены результаты моделирования в среде программирования PSIM параллельной работы трех трехфазных преобразователей одинаковой номинальной мощности при управлении по способу-прототипу. Номинальная мощность каждого источника 15 кВ·А, выходная частота 400 Гц. Действующее номинальное значение напряжения нагрузки 115 В. Частота коммутации транзисторов инверторов - 20 кГц. Разброс эталонных сигналов источников +2% у первого, 0% у второго и -2% у третьего источников. Реализована коммутация общей нагрузки от 160% до 10% номинального значения и обратно (ГОСТ 19705-89). На фиг.2 представлены: фазные напряжения на общей нагрузке

,

и

(первый график), токи фаз A, B и C

,

и

первого, второго и третьего источников (второй график), действующие значения токов фаз A

,

и

первого, второго и третьего источников (третий график), модулирующие напряжения фаз A, B и C

,

и

(четвертый график).Figure 2 presents the simulation results in the PSIM programming environment of the parallel operation of three three-phase converters of the same rated power when controlled by the prototype method. The rated power of each source is 15 kV · A, the output frequency is 400 Hz. The current nominal value of the load voltage is 115 V. The switching frequency of the inverter transistors is 20 kHz. The spread of the reference signals of the sources + 2% in the first, 0% in the second and -2% in the third sources. Implemented switching the total load from 160% to 10% of the nominal value and vice versa (GOST 19705-89). Figure 2 presents: phase voltage at a total load

,

and

(first graph), currents of phases A, B and C

,

and

first, second and third sources (second graph), the current values of the phase currents A

,

and

first, second and third sources (third graph), modulating voltages of phases A, B and C

,

and

(fourth schedule).

На фиг.3 представлены аналогичные, как на фиг.2, графики при моделировании предлагаемого способа при тех же условиях.Figure 3 presents the same as in figure 2, graphs when modeling the proposed method under the same conditions.

Сравнительный анализ графиков показывает, что предлагаемый способ управления повышает точность распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками в установившемся режиме (графики 2 и 3), снижает изменения напряжения на общей нагрузке и время переходного процесса от 6-7 периодов выходной частоты до одного (первые графики).A comparative analysis of the graphs shows that the proposed control method improves the accuracy of the distribution of the load current between parallel sources in steady state (graphs 2 and 3), reduces the voltage changes on the total load and the transition process from 6-7 periods of the output frequency to one (first graphs )

Происходит это за счет того, что в предлагаемом способе используются ведущий источник, стабилизирующий параметры общего напряжения при формировании его разностных сигналов, и ведомые источники, обеспечивающие высокую точность требуемого распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками при формировании их разностных сигналов, а также из-за предложенного формирования d- и q-составляющих управляющих сигналов источников, в результате чего происходит скачкообразное изменение модулирующих сигналов (графики 4) при коммутации общей нагрузки.This happens due to the fact that the proposed method uses a leading source that stabilizes the parameters of the total voltage during the formation of its differential signals, and slave sources that provide high accuracy of the required distribution of the load current between parallel sources during the formation of their differential signals, and also because the proposed formation of the d- and q-components of the control signals of the sources, as a result of which there is an abrupt change in the modulating signals (graph 4) when comm utilization of the total load.

Таким образом, предложенный способ повышает точность заданного распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками пропорционально номинальной мощности каждого источника в статическом режиме, уменьшает изменения напряжения на общей нагрузке и снижает время переходного процесса при коммутации общей нагрузки.Thus, the proposed method improves the accuracy of the specified distribution of the load current between parallel sources in proportion to the rated power of each source in static mode, reduces voltage changes on the total load and reduces the transient time when switching the total load.

Claims

A method for controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load, which consists in measuring the instantaneous value of the total voltage and for each source the instantaneous values of the output currents, the instantaneous values of the total voltage and the output current of each source are converted from a three-phase abc coordinate system into a two-phase dq coordinate system rotating with a constant frequency Ω, form reference signals for the d- and q-components of the total voltage of the sources, form t signals proportional to the d- and q-components of the total voltage, generate signals proportional to the d- and q-components of the currents of the sources, for each source form the first difference signal and the second difference signal, the first comparison signal and the second comparison signal by integrating the corresponding first and of the second difference signals, form the d- and q-components of the control signal, form the amplitude and phase of the modulating signals by inverting the d-and q-components of the control signals from the two-phase dq-system to coordinates in a three-phase abc coordinate system, characterized in that one of the parallel working sources is selected as the leading one, and the others as slave ones, and the first differential signal of the leading source is formed by subtracting the signal proportional to the d-component of the total voltage from the reference signal for the d-component total voltage, the second differential signal of the leading source is formed by subtracting the signal proportional to the q-component of the total voltage from the reference signal for the q-component of the total voltage, and for the remaining slave sources, the first difference signal is generated by subtracting the signal proportional to the d-component of the current of the slave source from the signal proportional to the d-component of the current of the leading source, the second difference signal is formed by subtracting the signal proportional to the q-component of the current of the slave source from the signal, proportional to the q-component of the current of the leading source, and the indicated d- and q-components of the control signal for each source are formed by summing the corresponding signals phenomena and signals proportional to the d- and q-components of the source current.