RU2472281C1 - Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load - Google Patents

Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load Download PDF

Info

Publication number
RU2472281C1
RU2472281C1 RU2011128539A RU2011128539A RU2472281C1 RU 2472281 C1 RU2472281 C1 RU 2472281C1 RU 2011128539 A RU2011128539 A RU 2011128539A RU 2011128539 A RU2011128539 A RU 2011128539A RU 2472281 C1 RU2472281 C1 RU 2472281C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sources
source
signal
components
signals
Prior art date
Application number
RU2011128539A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Бородин
Сергей Александрович Харитонов
Александра Ивановна Христолюбова
Архат Маратович Китапбаев
Сергей Николаевич Завертан
Вадим Викторович Машинский
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север"
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет", Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2472281C1 publication Critical patent/RU2472281C1/en

Links

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: in the method to control stabilised sources of AC voltage operating in parallel for a common load in addition to operations specified in the invention formula, one of parallel operating sources is selected as master, and others - as slaves, besides, the first and second differential signals of the master source are generated by subtraction of appropriate signals proportional to d - and q - components of total voltage from reference signals for d - and q - components of total voltage, for other slave sources the first and second differential signals are generated by subtraction of signals proportional to d - and q -components of current of the slave source from a signal proportional to d - and q - components of master source current.
EFFECT: increased accuracy of specified distribution of load current between parallel operating sources proportionally to rated capacity of each source in static mode.
1 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 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.

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.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 №2379812, H02J 3/46, Н02М 7/48, Н02М 7/493, Н02М 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, Н02М 7/48, Н02М 7/493, Н02М 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 принципиально 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 fundamentally 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 acceptable limits 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.

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. 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 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, 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, there is a method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load [RF Patent No. 2380820, НОМ 5/297, НОМ 7/493, НОР 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 total voltage In this case, they generate signals proportional to the d- and q-components of the source currents, for each source, the first difference signal is generated by subtracting the d-components of the source currents and the second difference signal by subtracting the q-components of the source currents, and the first and second difference signals form, accordingly, as 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, and each difference l when generating the corresponding difference signals it 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 d -component voltage of the source and the total signal corresponding to the difference of the d-component currents of the sources, and the second comparison signal by integrated Differences 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 source currents form the d- or q-components of the control signal in proportion to the comparison signals, form the amplitude and phase of the modulating signals by the inverse transformation of the d- and q-components of the control signal from a two-phase dq coordinate system to a 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:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
,
Figure 00000003
- приведенные относительные эталонные сигналы соответствующих параметров выходного напряжения;Where
Figure 00000002
,
Figure 00000003
- given relative reference signals of the corresponding parameters of the output voltage;

Figure 00000004
,
Figure 00000005
- относительные значения стабилизируемых параметров выходного напряжения;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- relative values of stabilized output voltage parameters;

Figure 00000006
,
Figure 00000007
- относительные составляющие токов источников;
Figure 00000006
,
Figure 00000007
- relative components of currents of sources;

Figure 00000008
,
Figure 00000009
- приведенные коэффициенты, характеризующие долю сигналов, распределяющих токи источников, в результирующем управляющем сигнале по отношению к сигналам, стабилизирующим параметры напряжения на нагрузке;
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- 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;

UНном, IНном, ZНном - номинальные действующие значения напряжения и тока нагрузки и модуль номинального значения сопротивления нагрузки;U Nnom , I Nnom, Z Nnom - nominal effective values of load voltage and current and module of nominal value of 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:

Figure 00000010
Figure 00000010

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

Figure 00000011
всех
Figure 00000012
выражения (2) преобразуются к виду:With the same values of the rated power of the sources and, accordingly, the same proportionality coefficients of all
Figure 00000011
of all
Figure 00000012
expressions (2) are converted to the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Просуммируем уравнения (1) d- и q-составляющих для j-ro 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 j-ro and (j + 1) -th sources of the same nominal power, taking into account expression (3). As a result, we get:

Figure 00000014
Figure 00000014

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 equal 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.

Данный способ управления, как и предыдущий, обладает недостаточной точностью заданного распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками из-за возможных разбросов значений эталонных сигналов d- и q-составляющих выходных напряжений источников.This control method, like the previous one, 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 d- and q-components of the output voltage of the sources.

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.

Задача изобретения заключается в повышении точности заданного распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками пропорционально номинальной мощности каждого источника.The objective of the invention is to improve the accuracy of a given distribution of the load current between parallel sources in proportion to the rated power of each source.

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 пропорционально сигналам сравнения, 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.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 in proportion to the comparison signals, the amplitude and phase of the modulating signals are formed by the inverse pre the formation of the d- and q-components of the control signals from the two-phase dq-coordinate system into a three-phase abc-coordinate system, one of the parallel working sources is selected as the leading and the others as slaves, and the first difference 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 of the 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 a linear signal for the q-component of the total voltage, and for the remaining slave sources, the first differential 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 the q component of the current of the slave source from a signal proportional to the q component of the current of the master source.

На чертеже представлена одна из возможных блок-схем, реализующая предлагаемый способ управления. Блок-схема включает N параллельно работающих трехфазных источников ИСТ1, ИСТ2, ИCTN (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

Figure 00000015
(5) и источник эталонного сигнала q-составляющей выходного напряжения
Figure 00000016
(6), 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
Figure 00000017
и
Figure 00000018
(9, 10). Выходы схем вычитания (7, 8) соединены с входами интеграторов
Figure 00000019
и
Figure 00000020
(11, 12). Входы интеграторов (11, 12) соединены с входами обратного преобразователя координат ПК-1 (13), выходы которых соединены с входами системы импульсно-фазового управления СИФУ1 (14). Выходы систем импульсно-фазового управления соединены с управляющими входами силовой схемы статического преобразователя частоты ПЧ (15). Силовые схемы преобразователей соединены с выходами источников нестабильного напряжения Uc1 (16). Выходы силовых схем через низкочастотные фильтры Фi (17), датчики мгновенного значения фазного тока ДТа, ДТв, ДТс (18…20) соединены с общей нагрузкой Н (4) и входами прямых преобразователей координат выходного напряжения ПК (21). Выходы прямых преобразователей координат выходного напряжения ПК (21) соединены с входами пропорциональных звеньев
Figure 00000021
и
Figure 00000022
(9, 10). Выходы датчиков мгновенных значений фазных токов ДТа, ДТв, ДТс (18…20) соединены с входами прямого преобразователя координат выходного тока ведущего источника ПК (22), выходы которых соединены с входами пропорциональных звеньев всех ведомых источников (23, 24). Выходы пропорциональных звеньев (23, 24) ведомых источников соединены с уменьшаемыми входами схем вычитания (25, 26). Уменьшаемые входы схем вычитания (25,26) соединены с выходами прямых преобразователей координат ПК (37) токов ведомых источников. Выходы схем вычитания (25, 26) соединены с входами интеграторов d- и q-составляющих
Figure 00000023
и
Figure 00000024
(27, 28) ведомых источников. Выходы интеграторов
Figure 00000025
и
Figure 00000026
(27, 28) соединены с входами обратных преобразователей координат ПК-1 (29), выходы которых соединены с входами систем импульсно-фазового управления СИФУ2 (30). Выходы систем импульсно-фазового управления соединены с силовыми схемами статических преобразователей частоты ПЧ (31). Силовые схемы преобразователей соединены с выходами источников нестабильного напряжения Uc2 (32). Выходы силовых схем через низкочастотные фильтры Ф2 (33), датчики мгновенного значения фазного тока ДТа, ДТв, ДТс (34…36) соединены с общей нагрузкой Н (4).The drawing shows one of the possible flowcharts that implements the proposed control method. The block diagram includes N parallel three-phase sources IST 1 , IST 2 , ICT 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
Figure 00000015
(5) and the source signal of the q-component of the output voltage
Figure 00000016
(6), which are connected to the first, reduced inputs of the subtraction schemes (7, 8). The second, subtracted 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
Figure 00000017
and
Figure 00000018
(9, 10). The outputs of the subtraction circuits (7, 8) are connected to the inputs of the integrators
Figure 00000019
and
Figure 00000020
(11, 12). The inputs of the integrators (11, 12) are connected to the inputs of the inverse coordinate transformer PC -1 (13), the outputs of which are connected to the inputs of the pulse-phase control system SIFU 1 (14). The outputs of the pulse-phase control systems are connected to the control inputs of the power circuit of the inverter static frequency converter (15). The power circuits of the converters are connected to the outputs of the unstable voltage sources Uc1 (16). The outputs of the power circuits through low-frequency filters Ф i (17), sensors of the instantaneous phase current value ДТа, ДТв, ДТс (18 ... 20) are connected to the common load Н (4) and to the inputs of direct transducers of coordinates of the output voltage of the PC (21). The outputs of the direct transducers of coordinates of the output voltage PC (21) are connected to the inputs of the proportional links
Figure 00000021
and
Figure 00000022
(9, 10). The outputs of the sensors of instantaneous values of the phase currents DTa, DTv, DTs (18 ... 20) are connected to the inputs of the direct coordinate converter of the output current of the leading PC source (22), the outputs of which are connected to the inputs of the proportional links of all the driven sources (23, 24). The outputs of the proportional links (23, 24) of the driven sources are connected to the reduced inputs of the subtraction circuits (25, 26). The diminished inputs of the subtraction schemes (25.26) are connected to the outputs of the direct coordinate transformers PC (37) of the currents of the driven sources. The outputs of the subtraction schemes (25, 26) are connected to the inputs of the integrators of d- and q-components
Figure 00000023
and
Figure 00000024
(27, 28) driven sources. Integrator Outputs
Figure 00000025
and
Figure 00000026
(27, 28) are connected to the inputs of the inverse coordinate transformers PC -1 (29), the outputs of which are connected to the inputs of the pulse-phase control systems SIFU 2 (30). The outputs of the pulse-phase control systems are connected to the power circuits of the inverter static frequency converters (31). The power circuits of the converters are connected to the outputs of the unstable voltage sources Uc2 (32). The outputs of the power circuits through low-frequency filters F2 (33), sensors of the instantaneous value of the phase current DTa, DTv, DTs (34 ... 36) are connected to the total load N (4).

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, 25, 26), пропорциональные звенья (9, 10, 23, 24), интеграторы (11, 12, 27, 28) представляют собой типовые элементарные звенья, известные из теории автоматического регулирования (см. Теория автоматического управления. 41. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977). Обратный преобразователь координат ПК-1 (13, 29) 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). СИФУi (14, 30) - 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 (15, 31) 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 (16, 32) - промышленная сеть или синхронный генератор с переменной скоростью вращения ротора или аккумуляторная батарея. Силовой фильтр Ф (17, 33), например, однозвенный LC-фильтр в каждой выходной фазе или С-фильтр в каждой выходной фазе. Датчики мгновенного значения фазного тока (18…20 и 34…36), например, трансформаторы тока. Прямые преобразователи координат ПК (21, 37) 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 supplies of electronic equipment: Reference / Edited by G.S. Naivelt. - M. : Radio and Communications, 1986). Subtraction schemes (7, 8, 25, 26), proportional links (9, 10, 23, 24), integrators (11, 12, 27, 28) are typical elementary links known from the theory of automatic control (see. Theory of automatic control 41. Theory of linear systems of automatic control. Edited by A. A. Voronov. Textbook for universities. - M .: Higher school, 1977). The inverse coordinate converter PC -1 (13, 29) implements the transformation of two dq-coordinates of a coordinate system rotating with a constant frequency Ω into a three-phase coordinate system with a constant frequency Ω abc, known from electromechanics and the theory of an automated electric drive (Vazhnov A.I. processes in AC machines. - L.: Energy, Leningrad., 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 with ide -. 1982. - 112). SIFU i (14, 30) is a standard pulse-phase control system that implements the vertical control principle (see BCRudenko, V.I.Senko, I.M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M.: Higher school, 1980) . The power circuit of a static AC voltage source (15, 31) can be a direct frequency converter or a series connection of a rectifier and an inverter or an inverter (see BCRudenko, V.I.Senko, I.M. Chizhenko. Fundamentals of converter technology. - M. : High School, 1980). The source of unstable voltage Uci (16, 32) is an industrial network or a synchronous generator with a variable rotor speed or a battery. The power filter F (17, 33), 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 (18 ... 20 and 34 ... 36), for example, current transformers. PC direct coordinate transformers (21, 37) implement the transformation of three-phase quantities (currents and voltages) from the three-phase abc coordinate system into a rotating dc-coordinate system with a constant frequency Ω, d-and q-components of the dq-coordinate system (Vazhnov A .I. Transients in AC machines. - L.: Energy, Leningrad., 1980) and are multipliers of analog signals (Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analogue multipliers signals in the electronic device ure. - M.: Radio and communications. - 1982. - 112 p.).

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

Figure 00000027
и q-составляющей
Figure 00000028
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 (
Figure 00000029
,
Figure 00000030
) и токов (
Figure 00000031
,
Figure 00000032
).The proposed method is as follows. Sources of reference signals (5, 6) form reference signals for the d component
Figure 00000027
and q component
Figure 00000028
total voltage, which are constant voltages that are supplied to the first, reduced inputs of the corresponding subtraction circuits (7, 8). PC coordinate converters (21, 22, 37) transform three-phase systems of measured sinusoidal values, respectively, the 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 (
Figure 00000029
,
Figure 00000030
) and currents (
Figure 00000031
,
Figure 00000032
)

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

Figure 00000033
,
Figure 00000034
(5, 6) и соответствующих сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим общего напряжения
Figure 00000035
,
Figure 00000036
с выхода схем вычитания (7, 8), поступают на входы интеграторов d- и q-составляющих общего напряжения
Figure 00000037
и
Figure 00000038
(11, 12), на выходе которых формируются первый и второй сигналы сравнения. Пропорционально сигналам сравнения 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
Figure 00000033
,
Figure 00000034
(5, 6) and corresponding signals proportional to the d- and q-components of the total voltage
Figure 00000035
,
Figure 00000036
from the output of the subtraction schemes (7, 8), go to the inputs of the integrators of the d- and q-components of the total voltage
Figure 00000037
and
Figure 00000038
(11, 12), at the output of which the first and second comparison signals are formed. In proportion to the comparison signals, control signals are generated for the d- and q-components, which are converted by the inverse coordinate converter PC -1 (13) into a three-phase system of modulating voltages supplied to the inputs of the SIPU1 pulse-phase control system (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

Figure 00000039
и
Figure 00000040
(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
Figure 00000039
and
Figure 00000040
(11, 12) will take such values at which the relations will be satisfied:

Figure 00000041
Figure 00000041

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

Figure 00000042
,
Figure 00000043
, 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
Figure 00000044
и
Figure 00000045
(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
Figure 00000042
,
Figure 00000043
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
Figure 00000044
and
Figure 00000045
(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

Figure 00000046
и
Figure 00000047
(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
Figure 00000046
and
Figure 00000047
(27, 28) of the i-th slave source will take such values at which the relations will be satisfied:

Figure 00000048
Figure 00000048

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:

Figure 00000049
Figure 00000049

Figure 00000050
Figure 00000050

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+1)-м источниками:From the expressions (8), we determine the difference of the d- and q-component currents between the jth and (j + 1) -th sources:

Figure 00000051
Figure 00000051

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

Figure 00000052
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).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
Figure 00000052
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).

Таким образом, предложенный способ повышает точность заданного распределения тока нагрузки между параллельно работающими источниками пропорционально номинальной мощности каждого источника.Thus, the proposed method improves the accuracy of a given distribution of the load current between parallel sources in proportion to the rated power of each source.

Claims (1)

Способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку, состоящий 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 пропорционально сигналам сравнения, формируют амплитуду и фазу модулирующих сигналов обратным преобразованием d - и q-составляющих управляющих сигналов из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, отличающийся тем, что 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, 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. 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 in proportion to the comparison signals, form the amplitude and phase of the modulating signals by the inverse transformation of the d and q components of the control their signals from a two-phase dq-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system, characterized in that one of the parallel sources is selected as the leading and the others as slaves, and the first difference 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 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 q-component of the total voltage, for the remaining slave sources, the first differential 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.
RU2011128539A 2011-07-08 Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load RU2472281C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2472281C1 true RU2472281C1 (en) 2013-01-10

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109066820B (en) Parallel inverter power sharing device based on current droop characteristics and control method
US11177660B2 (en) System and method for power converter control for virtual impedance
EP2936643B1 (en) Coordinated control method of generator and svc for improving power plant active power throughput and controller thereof
CN110011296B (en) Direct-current micro-grid distributed droop control method based on active disturbance rejection control technology
US20120161513A1 (en) Single-phase voltage source ac/dc converter and interconnection system
CN111656639A (en) Power conversion device
US9985435B2 (en) Power sharing for DC microgrids
JP2017208932A (en) Electric power converting apparatus
US9997921B2 (en) Solar power conversion system and method
CN107005049B (en) Power controller and power control method
RU2395893C2 (en) Method for application of conversion circuit and device for realisation of this method
RU2472281C1 (en) Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load
RU2381609C1 (en) Method to control static stabilised dc voltage sources operating in parallel into common load
RU2475914C1 (en) Electric energy quality improvement method
Shukla et al. Speed-sensorless voltage & frequency control in autonomous DFIG based wind energy systems
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
RU2472268C1 (en) Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load
RU2379812C1 (en) Method to control static stabilised ac voltage sources operated in parallel to common load
RU2256274C1 (en) Method for control of static stabilized ac voltage sources operating in parallel to common load
RU2380820C1 (en) Method for control of static stabilised ac voltage sources, working in parallel for common load
JP7558675B2 (en) Power Conversion Equipment
RU2442275C1 (en) Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load
RU2452076C2 (en) Methods for control of static stabilised ac voltage sources working in parallel for common load
RU2394346C1 (en) Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load