RU2475914C1 - Electric energy quality improvement method - Google Patents

Electric energy quality improvement method Download PDF

Info

Publication number
RU2475914C1
RU2475914C1 RU2011128679/07A RU2011128679A RU2475914C1 RU 2475914 C1 RU2475914 C1 RU 2475914C1 RU 2011128679/07 A RU2011128679/07 A RU 2011128679/07A RU 2011128679 A RU2011128679 A RU 2011128679A RU 2475914 C1 RU2475914 C1 RU 2475914C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
components
voltage
phase
signals
mains voltage
Prior art date
Application number
RU2011128679/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011128679A (en
Inventor
Сергей Александрович Харитонов
Николай Иванович Бородин
Анатолий Владимирович Лыкин
Дмитрий Николаевич Бородин
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"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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"
Priority to RU2011128679/07A priority Critical patent/RU2475914C1/en
Publication of RU2011128679A publication Critical patent/RU2011128679A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2475914C1 publication Critical patent/RU2475914C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: one measures instantaneous values of three-phase mains voltage, converting them from the three-phase abc coordinate system into the two-phase dq coordinate system; one generates signals proportional to the mains voltage d and q components, reference signals for the mains voltage positive sequence d and q components, comparison signals for the mains voltage d and q components by way of integration; one isolates harmonical components with maximum amplification factor in d and q components, generates control signals for d and q components by way of subtracting the corresponding isolated harmonical components from the comparison signals, converts the control signals from the two-phase dq coordinate system into the three-phase abc coordinate system; from the mains voltage zero sequence one isolates (with maximum amplification factors) the finite number of harmonical components with largest amplitudes, generates a correction voltage within the abc coordinates system proportional to the signals generated by way of subtracting harmonical components isolated within the mains voltage zero sequence from the corresponding converted control signals; ultimately, one sums the obtained correction voltages, in the bootstrap form, with the mains voltages.
EFFECT: increased symmetry of voltages and stability of the feeding mains voltage positive sequence parameters.
3 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и к электротехнике и может быть использовано для повышения качества электрической энергии в энергетических или автономных системах электроснабжения при наличии как симметричной, так и несимметричной нагрузок.The invention relates to the electric power industry and to electrical engineering and can be used to improve the quality of electric energy in energy or autonomous power supply systems in the presence of both symmetrical and asymmetric loads.

Известен способ повышения качества электрической энергии [патент РФ №2382469, H02J 3/01. Способ повышения качества электроэнергии в многофазной системе электроснабжения при симметрировании по одной из фаз / И.В.Устименко - опубл. БИ №5, 2010 г.], состоящий в том, что измеряют мгновенные значения напряжения n-фазной сети, измеряют мгновенные значения токов фаз нагрузки, выделяют гармонические составляющие тока нагрузки основной частоты и высоких частот, формируют сигналы, содержащие токи высших гармонических составляющих, подлежащих компенсации, модули которых равны модулям соответствующих токов высших гармонических составляющих в питающей сети, подлежащих компенсации, и сдвинуты по отношению к последним на 180 эл. градусов, определяют в качестве опорной фазы любую из n-фаз питающей сети, выделяют в ней сигнал, пропорциональный току ее нагрузки, сравнивают последний с эталонным сигналом, который, в свою очередь, формируют из сигнала, пропорционального питающему напряжению опорной фазы, получают при этом разностный сигнал, который используют для регулируемой компенсации реактивной мощности и осуществления стабилизация коэффициента мощности в питающей сети, причем указанный сигнал корректируют по фазе таким образом, чтобы задать необходимый коэффициент мощности, и посредством дополнительного n-фазного источника мощности генерируют в каждую из n-фаз и в опорную фазу n-фазной сети соответственно сформированные сигналы, содержащие токи высших гармонических составляющих, подлежащих компенсации, и разностный сигнал, причем с помощью упомянутого n-фазного источника мощности одновременно генерируют в каждую из (n-1) фаз токи, пропорциональные току основной гармоники, предварительно формируя их таким образом, чтобы в каждой из симметрируемых (n-1) фаз n-фазной сети геометрическая сумма токов - генерируемого в симметрируемую фазу и тока основной гармоники ее нагрузки - была бы равна по модулю току опорной фазы, а угол, образованный током последней и суммарным током симметрируемой фазы, следующей за опорной при прямом чередовании фаз, а также между суммарными токами соседних (n-1) симметрируемых фаз, был бы равен

Figure 00000001
эл. градусов.A known method of improving the quality of electrical energy [RF patent No. 2382469, H02J 3/01. A way to improve the quality of electricity in a multiphase power supply system when balancing on one of the phases / I.V. Ustimenko - publ. BI No. 5, 2010], which consists in measuring the instantaneous voltage values of the n-phase network, measuring the instantaneous values of the currents of the load phases, isolating the harmonic components of the load current of the fundamental frequency and high frequencies, generating signals containing currents of higher harmonic components, subject to compensation, the modules of which are equal to the modules of the corresponding currents of higher harmonic components in the supply network, subject to compensation, and are shifted relative to the latter by 180 e. degrees, determine as a reference phase any of the n-phases of the supply network, isolate a signal proportional to the current of its load, compare the latter with a reference signal, which, in turn, is formed from a signal proportional to the supply voltage of the reference phase, a differential signal, which is used for adjustable compensation of reactive power and stabilization of the power factor in the supply network, and this signal is corrected in phase so as to set the desired coefficient power component, and by means of an additional n-phase power source, respectively generated signals containing currents of higher harmonic components to be compensated and a difference signal are generated into each of the n-phases and the reference phase of the n-phase network, and using the said n-phase the power source simultaneously generates in each of the (n-1) phases currents proportional to the fundamental current, pre-forming them so that in each of the symmetrical (n-1) phases of the n-phase network, the geometric sum of currents is generated in the symmetrized phase and the current of the main harmonic of its load - would be equal in absolute value to the current of the reference phase, and the angle formed by the current of the last and the total current of the symmetrized phase, following the reference one during direct phase rotation, and also between the total currents of neighboring (n-1 ) of symmetrizable phases would be equal to
Figure 00000001
email degrees.

Данный способ повышения качества электроэнергии при симметрировании основных гармонических составляющих и исключении высших гармонических составляющих токов питающей n-фазной сети не исключает несимметрию напряжений n-фазной сети при различных внутренних сопротивлениях фаз и возможных разбросах внутренних ЭДС сети, что в меньшей степени характерно для энергетических систем и в большей степени характерно для автономных систем электроснабжения.This method of improving the quality of electricity when balancing the main harmonic components and eliminating the higher harmonic components of the currents of the supplying n-phase network does not exclude the asymmetry of the voltages of the n-phase network at different internal phase resistances and possible scatter of the internal EMF of the network, which is less typical for power systems and more characteristic of autonomous power supply systems.

Рассматриваемый способ не обеспечивает стабилизацию параметров напряжения на нагрузке при ее изменении за счет внешней характеристики питающей сети из-за отсутствия соответствующих регулирующих воздействий.The considered method does not provide stabilization of the voltage parameters at the load when it changes due to the external characteristics of the supply network due to the lack of appropriate regulatory influences.

Кроме того, известен способ повышения качества электрической энергии [патент РФ №2237334, H02J 3/01, H02J 3/26. Способ повышения качества электрической энергии / А.Г.Машкин, Н.Ю.Буглак, В.Б.Тан-Цай, С.Д.Сапунов, опубл. 27.09.2004.], который является прототипом предлагаемого изобретения, и заключается в том, что измеряют мгновенные значения трехфазного напряжения сети, выделяют нулевую последовательность напряжения сети, выделяют высшие гармонические составляющие в напряжении сети и первую гармоническую составляющую в нулевой последовательности напряжения сети, формируют постоянное напряжение, пропорциональное первой гармонической составляющей нулевой последовательности напряжения сети, формируют напряжение коррекции для каждой фазы напряжения сети преобразованием постоянного напряжения в напряжение основной гармонической составляющей сети, и суммируют полученные напряжения коррекции в виде вольтодобавки с напряжениями сети.In addition, there is a method of improving the quality of electrical energy [RF patent No. 2237334, H02J 3/01, H02J 3/26. A way to improve the quality of electric energy / A.G. Mashkin, N.Yu. Buglak, V. B. Tan-Tsai, S. D. Sapunov, publ. 09/27/2004.], Which is the prototype of the present invention, and consists in the fact that the instantaneous values of the three-phase voltage of the network are measured, the zero sequence of the mains voltage is extracted, the highest harmonic components in the mains voltage and the first harmonic component in the zero sequence of the mains voltage are isolated, they form a constant voltage proportional to the first harmonic component of the zero sequence of the mains voltage, form a correction voltage for each phase of the mains voltage by converting the direct voltage to the voltage of the main harmonic component of the network, and summarize the obtained correction voltages in the form of a voltage boost with the network voltages.

Данный способ повышения качества электрической энергии исключает в нулевой последовательности напряжения питающей сети только основную гармоническую составляющую, но не исключает высокочастотные гармонические составляющие в нулевой последовательности напряжения питающей сети, обычно кратные трем и обусловленные наличием нелинейных нагрузок. Способ не исключает обратную последовательность в напряжении питающей сети, возникающую при несимметричной нагрузке, и тем самым не обеспечивает симметрию напряжения питающей сети.This method of improving the quality of electric energy excludes in the zero sequence of the supply voltage only the main harmonic component, but does not exclude high-frequency harmonic components in the zero sequence of the supply voltage, usually multiple of three and due to the presence of non-linear loads. The method does not exclude the reverse sequence in the voltage of the supply network that occurs during an asymmetric load, and thus does not provide symmetry of the voltage of the supply network.

Рассматриваемый способ не обеспечивает стабилизацию параметров напряжения на нагрузке при ее изменении за счет внешней характеристики питающей сети из-за отсутствия соответствующих регулирующих воздействий.The considered method does not provide stabilization of the voltage parameters at the load when it changes due to the external characteristics of the supply network due to the lack of appropriate regulatory influences.

Задача изобретения заключается в повышении симметрии напряжений питающей сети путем исключения максимальных по амплитуде гармонических составляющих в нулевой и обратной последовательностях напряжения питающей сети и стабилизации параметров прямой последовательности напряжения питающей сети.The objective of the invention is to increase the symmetry of the supply voltage by eliminating the maximum amplitude harmonic components in the zero and reverse sequences of the supply voltage and stabilizing the parameters of the direct sequence of the supply voltage.

Это достигается тем, что в известном способе повышения качества электрической энергии измеряют мгновенные значения трехфазного напряжения сети, выделяют нулевую последовательность напряжения сети, выделяют гармонические составляющие, формируют напряжение коррекции для каждой фазы напряжения сети и суммируют полученные напряжения коррекции в виде вольтодобавки с напряжениями сети, измеренные мгновенные значения трехфазного напряжения сети преобразуют из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с основной частотой Ω двухфазную dq-систему координат, формируют сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим напряжения сети, формируют постоянные, эталонные сигналы для d- и q-составляющих прямой последовательности напряжения сети, формируют сигналы сравнения для d- и q-составляющих напряжения сети путем интегрирования разности соответствующих эталонных сигналов и сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим напряжения сети, указанное выделение гармонических составляющих осуществляют с максимальными коэффициентами усиления в сигналах, пропорциональных d- и q-составляющим напряжения сети и обусловленных обратной последовательностью напряжения сети, формируют управляющие сигналы для d- и q-составляющих вычитанием соответствующих выделенных гармонических составляющих обратной последовательности из сигналов сравнения для d- и q-составляющих напряжения сети, преобразуют управляющие сигналы для d- и q-составляющих напряжения сети из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, формируют сигнал, пропорциональный нулевой последовательности напряжения сети, из которого выделяют с максимальными коэффициентами усиления конечное число гармонических составляющих с наибольшими амплитудами, и указанное формирование напряжения коррекции для каждой фазы напряжения сети осуществляют в abc-системе координат пропорционально сигналам, сформированным вычитанием гармонических составляющих, выделенных в нулевой последовательности напряжения сети, из соответствующих преобразованных сигналов управления.This is achieved by the fact that in the known method of improving the quality of electric energy, instantaneous values of the three-phase network voltage are measured, the zero sequence of the network voltage is extracted, the harmonic components are extracted, the correction voltage is generated for each phase of the network voltage, and the obtained correction voltages are added in the form of voltage boost with the network voltages measured the instantaneous values of the three-phase voltage of the network are converted from a three-phase abc-coordinate system to a two-phase u dq-coordinate system, generate signals proportional to the d- and q-components of the mains voltage, form constant, reference signals for d- and q-components of the direct sequence of the mains voltage, generate comparison signals for d- and q-components of the mains voltage by integrating the difference of the corresponding reference signals and signals proportional to the d- and q-components of the mains voltage, the specified selection of harmonic components is carried out with maximum amplification factors in the signals proportional to the d- and q-state the voltage of the network and caused by the reverse sequence of the network voltage, form the control signals for the d- and q-components by subtracting the corresponding selected harmonic components of the negative sequence from the comparison signals for the d- and q-components of the network voltage, convert the control signals for the d- and q-components mains voltage from a two-phase dq-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system, form a signal proportional to the zero sequence of the mains voltage, from which it is isolated from m ksimalnymi gains finite number of harmonic components with the highest amplitudes, and said formation voltage for each phase voltage correction performed in the abc-system coordinates proportional signals formed by subtracting the harmonic components allocated in the zero-sequence voltage, converted from the corresponding control signals.

На фиг.1 представлена одна из возможных блок-схем, реализующая предлагаемый способ повышения качества электрической энергии. На фиг.2 - эпюры напряжения питающей сети, токов нагрузок и сигналов для прямой, обратной и нулевой последовательностей напряжения нагрузки для способа-прототипа. На фиг.3 - эпюры напряжения питающей сети, токов нагрузок и сигналов для прямой, обратной и нулевой последовательностей напряжения нагрузки для предлагаемого способа.Figure 1 presents one of the possible flowcharts that implements the proposed method of improving the quality of electrical energy. Figure 2 - plot voltage of the mains, load currents and signals for direct, reverse and zero sequences of load voltage for the prototype method. Figure 3 - plot voltage of the mains, load currents and signals for direct, reverse and zero sequences of load voltage for the proposed method.

Блок-схема (фиг.1) содержит трехфазный источник питающей сети Uc (1), каждая фаза которого представляет собой последовательное соединение источника синусоидальной ЭДС, активного сопротивления и индуктивности сети. Выходные фазы источника питающей сети Uc (1) через выходные обмотки вольтодобавочных фазных трансформаторов Тра, Трв, Трс (2, 3, 4) соединены с трехфазной несимметричной нагрузкой НН (5), входами прямого преобразователя координат ПК (6) и входами сумматора (7). Выходы прямого преобразователя координат ПК (6) через пропорциональные звенья

Figure 00000002
(8) и
Figure 00000003
(9) соединены с вычитаемыми входами схем вычитания (10, 11) и входами схем выделения гармонических составляющих в d-составляющих
Figure 00000004
(12, 13) и в q-составляющих
Figure 00000005
(14, 15) напряжения нагрузки. Уменьшаемые входы схем вычитания (10, 11) соединены с выходами схем формирования эталонных сигналов для d-составляющей
Figure 00000006
(16) и q-составляющей
Figure 00000007
(17) напряжения нагрузки. Выходы схем вычитания (10, 11) соединены с входами интеграторов для d-составляющей Иd (18) и q-составляющей Иq (18), выходы которых соединены с уменьшаемыми входами схем вычитания (20, 21). Выходы схем выделения гармонических составляющих для d-составляющих
Figure 00000008
(12, 13) и для q-составляющих
Figure 00000005
(14, 15) напряжения нагрузки соединены с входами сумматоров 22, 23), выходы которых соединены с вычитаемыми входами схем вычитания (20, 21). Выходы схем вычитания (20, 21) соединены с входами обратного преобразователя координат ПК-1 (24). Выходы обратного преобразователя координат ПК-1 (24) соединены с уменьшаемыми входами схем вычитания (25, 26, 27). Выход сумматора (7) через пропорциональное звено
Figure 00000009
(28) соединен с входами схем выделения гармонических составляющих для нулевой последовательности напряжения нагрузки
Figure 00000010
(29, 30). Выходы схем выделения гармонических составляющих для нулевой последовательности напряжения нагрузки
Figure 00000011
(29, 30) соединены с входами сумматора (31), выход которого соединен с вычитаемыми входами схем вычитания (25, 26, 27). Выходы схем вычитания (25, 26, 27) соединены с входами системы импульсно-фазового управления СИФУ (32), выходы которого соединены с управляющими входами усилителя мощности УМ (33), выходы которого соединены с первичными обмотками вольтодобавочных фазных трансформаторов Трa, Трв, Трс (2, 3, 4).The block diagram (Fig. 1) contains a three-phase supply network source U c (1), each phase of which is a series connection of a sinusoidal EMF source, active resistance and network inductance. Output phase power supply network U c (1) through the output winding booster phase transformers Tp a, Tp a, Tp with (2, 3, 4) are connected to the three-phase unbalanced load HH (5), a direct converter coordinate inputs PC (6) and inputs of the adder (7). The outputs of the direct coordinate converter PC (6) through proportional links
Figure 00000002
(8) and
Figure 00000003
(9) are connected to the subtracted inputs of the subtraction schemes (10, 11) and the inputs of the schemes for extracting harmonic components in the d-components
Figure 00000004
(12, 13) and in q-components
Figure 00000005
(14, 15) load voltage. The diminished inputs of the subtraction circuits (10, 11) are connected to the outputs of the schemes for generating reference signals for the d component
Figure 00000006
(16) and q-component
Figure 00000007
(17) load voltage. The outputs of the subtraction circuits (10, 11) are connected to the inputs of the integrators for the d-component And d (18) and the q-component And q (18), the outputs of which are connected to the reduced inputs of the subtraction circuits (20, 21). Outputs of harmonic component extraction circuits for d components
Figure 00000008
(12, 13) and for q-components
Figure 00000005
(14, 15) the load voltage is connected to the inputs of the adders 22, 23), the outputs of which are connected to the subtracted inputs of the subtraction circuits (20, 21). The outputs of the subtraction schemes (20, 21) are connected to the inputs of the inverse coordinate transformer PC -1 (24). The outputs of the inverse coordinate transformer PC -1 (24) are connected to the reducible inputs of the subtraction schemes (25, 26, 27). The output of the adder (7) through the proportional link
Figure 00000009
(28) is connected to the inputs of the harmonic component extraction circuits for the zero sequence of load voltage
Figure 00000010
(29, 30). Outputs of harmonic component isolation circuits for the zero sequence of load voltage
Figure 00000011
(29, 30) are connected to the inputs of the adder (31), the output of which is connected to the subtracted inputs of the subtraction schemes (25, 26, 27). Subtracting outputs of the circuit (25, 26, 27) are connected to inputs of pulse-phase IFSB control system (32), the outputs of which are connected to control the power amplifier inputs UM (33), the outputs of which are connected to the primary windings of booster phase transformers Tp a, Tp in , Tr with (2, 3, 4).

Источник питающей сети Uc (1) может представлять собой промышленную сеть, синхронный генератор или статический преобразователь с переменным стабилизированным напряжением по любой из известных схем (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980. - 424 с.). Трансформаторы Тра, Трв, Трс (2, 3, 4) - типовые трансформаторы напряжения. Несимметричная трехфазная нагрузка НН (5) может представлять собой резистор, последовательное или параллельное соединение резистора и дросселя с разными значениями их параметров в фазах. Прямой преобразователь координат ПК (6) и обратный преобразователь координат ПК-1 (24) реализуют известное из электромеханики и теории автоматизированного электропривода преобразование трехфазных величин из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω d- и q-составляющие системы dq-координат и обратно (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.). Пропорциональные звенья

Figure 00000012
(8),
Figure 00000013
(9),
Figure 00000009
(28), схемы вычитания (10, 11, 20, 21, 25-27), интеграторы Иd(18), Иq(19), сумматоры (7, 22, 23, 31) представляют собой типовые элементарные звенья, известные из теории автоматического регулирования (см. Теория автоматического управления. Ч1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977). Схемы формирования эталонных сигналов для d-составляющей
Figure 00000014
(16) и q-составляющей
Figure 00000015
(17) напряжения нагрузки - параметрические стабилизаторы напряжения (см. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986). Схемы выделения гармонических составляющих в d-составляющей
Figure 00000016
(12, 13), в q-составляющей
Figure 00000017
(14, 15) напряжения нагрузки и в нулевой последовательности
Figure 00000010
(29, 30) напряжения нагрузки могут представлять собой резонансные звенья, например,
Figure 00000018
или
Figure 00000019
реализуемые в аналоговом виде (см. Теория автоматического управления. Ч1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977), а для исключения температурной зависимости параметров звеньев в цифровом виде (см. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер. - 2006. - 751 с.). Система импульсно-фазового управления СИФУ (32) представляет собой стандартную систему управления, реализующую вертикальный принцип управления (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980). Усилитель мощности УМ (33), например статический преобразователь частоты - инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией, работающий на высокой частоте переключения силовых ключей, с выходным однозвенным LC-фильтром (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980).The power supply source U c (1) can be an industrial network, a synchronous generator or a static converter with a variable voltage stabilized according to any of the known schemes (see BCRudenko, V.I.Senko, I.M. Chizhenko. Fundamentals of converter technology. - M .: Higher school, 1980 .-- 424 p.). Transformers Tp a, Tp in, with Tp (2, 3, 4) - standard voltage transformers. An asymmetric three-phase LV load (5) can be a resistor, a series or parallel connection of a resistor and a reactor with different values of their parameters in phases. The direct coordinate transformer PC (6) and the inverse coordinate transformer PC -1 (24) realize the transformation of three-phase quantities from a three-phase abc-coordinate system into a d-and q-component of a dq-coordinate system rotating from a constant frequency, which is known from electromechanics and the theory of an automated electric drive and vice versa (Vazhnov A.I. Transients in alternating current machines. - L .: Energy, Leningrad. Department, 1980) and are multipliers of analog signals (Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V. .A. Analog Signal Multipliers fishing in electronic equipment -. M .: Radio and communication -. 1982. - 112 s).. Proportional Links
Figure 00000012
(8),
Figure 00000013
(9),
Figure 00000009
(28), subtraction schemes (10, 11, 20, 21, 25-27), integrators And d (18), And q (19), adders (7, 22, 23, 31) are typical elementary units known from the theory of automatic control (see. Theory of automatic control. Part 1. The theory of linear systems of automatic control. Edited by A.A. Voronov. Textbook for universities. - M .: Higher school, 1977). Schemes of the formation of reference signals for the d-component
Figure 00000014
(16) and q-component
Figure 00000015
(17) load voltage - parametric voltage stabilizers (see Sources of power supply of electronic equipment: Reference / Edited by G.S. Naivelt. - M .: Radio and communications, 1986). Schemes for the allocation of harmonic components in the d-component
Figure 00000016
(12, 13), in the q component
Figure 00000017
(14, 15) load voltage and zero sequence
Figure 00000010
(29, 30) load voltages can be resonant links, for example,
Figure 00000018
or
Figure 00000019
sold in analog form (see. Theory of automatic control. Part 1. Theory of linear systems of automatic control. Edited by A.A. Voronov. Textbook for universities. - M .: Higher school, 1977), and to exclude temperature dependence link parameters in digital form (see Sergienko A.B.Digital signal processing. - St. Petersburg: Peter. - 2006. - 751 p.). The system of pulse-phase control of SIFU (32) is a standard control system that implements the vertical control principle (see BC Rudenko, V. I. Senko, I. M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M.: Higher school, 1980) . UM power amplifier (33), for example, a static frequency converter - a voltage inverter with pulse-width modulation, operating at a high switching frequency of power switches, with an output single-link LC filter (see BCRudenko, V.I.Senko, I.M. Chizhenko Fundamentals of transformative technology. - M .: Higher school, 1980).

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. При несимметричной нагрузке разные значения фазных токов нагрузки протекают по внутренним сопротивлениям сети, создавая на них различные падения напряжения. При этом фазные напряжения на нагрузке будут несимметричные. Поэтому несимметричная трехфазная система напряжений нагрузки

Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
может быть представлена в виде суммы составляющих симметричных прямой и обратной и нулевой последовательностей [Нейман Л.Р. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Учебник для вузов. Том 1 / Л.Р.Нейман, К.С.Демирчан. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 536 с.]:The proposed method is as follows. With an asymmetric load, different values of the phase currents of the load flow along the internal resistances of the network, creating various voltage drops on them. In this case, the phase voltage at the load will be asymmetric. Therefore, an asymmetric three-phase load voltage system
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
can be represented as the sum of the components of symmetric direct and reverse and zero sequences [Neumann L.R. Theoretical foundations of electrical engineering: In 2 t. Textbook for universities. Volume 1 / L.R. Neumann, K.S. Demirchan. - L.: Power Publishing House. Leningra. Department, 1981. - 536 p.]:

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000024
,
Figure 00000025
,
Figure 00000026
- амплитуды прямой, обратной и нулевой последовательностей напряжения нагрузки;Where
Figure 00000024
,
Figure 00000025
,
Figure 00000026
- the amplitudes of the forward, reverse and zero sequences of the load voltage;

Ω - частота основной гармонической составляющей напряжения;Ω is the frequency of the main harmonic component of the voltage;

Ψ - фазовый сдвиг нулевой последовательности.Ψ is the phase shift of the zero sequence.

Прямой преобразователь координат ПК (6) преобразует несимметричные фазные напряжения (1) во вращающуюся с постоянной частотой Ω dq-систему координат по известным соотношениям [Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока / А.И.Важнов - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980. - 256 с.]. На выходе прямого преобразователя координат ПК (6) формируютсяA direct coordinate converter PC (6) converts asymmetric phase voltages (1) into a dq coordinate system rotating with a constant frequency Ω according to known relations [Vazhnov A.I. Transients in AC machines / A.I. Vazhnov - L.: Energy, Leningrad. Department, 1980. - 256 p.]. At the output of the direct coordinate converter, PCs (6) are formed

Figure 00000027
Figure 00000027

Figure 00000028
;
Figure 00000028
;

где

Figure 00000029
,
Figure 00000030
- мгновенные значения d- и q-составляющих напряжения нагрузки;Where
Figure 00000029
,
Figure 00000030
- instantaneous values of the d- and q-components of the load voltage;

φ - фазовый сдвиг вращающейся системы координат относительно векторов прямой последовательности;φ is the phase shift of a rotating coordinate system relative to direct sequence vectors;

Figure 00000031
,
Figure 00000032
,
Figure 00000033
- мгновенные значения выходных фазных напряжений нагрузки.
Figure 00000031
,
Figure 00000032
,
Figure 00000033
- instantaneous values of the output phase voltage of the load.

Подставляя соотношения (1) в выражение (2), получим:Substituting relations (1) into expression (2), we obtain:

Figure 00000034
Figure 00000034

Последние выражения (3) показывают, что при использовании преобразования из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω dq-систему координат при несимметричной нагрузке, при формировании d- и q-составляющих напряжения нагрузки, в них входят параметры прямой и обратной последовательностей напряжения нагрузки.The last expressions (3) show that when using the conversion from a three-phase abc coordinate system to a dq coordinate system rotating at a constant frequency Ω at an asymmetric load, when forming the d and q components of the load voltage, they include the parameters of the forward and reverse sequences load voltage.

Прямая последовательность представлена в d- и q-составляющих напряжения нагрузки постоянными сигналами. Обратная последовательность напряжения нагрузки представлена в d- и q-составляющих напряжения нагрузки второй гармонической составляющей. Нулевая последовательность напряжения нагрузки, частота которой равна основной гармонической составляющей, исключается при формировании d- и q-составляющих напряжения нагрузки.The direct sequence is represented in the d- and q-components of the load voltage by constant signals. The reverse sequence of the load voltage is presented in the d- and q-components of the load voltage of the second harmonic component. The zero sequence of the load voltage, the frequency of which is equal to the main harmonic component, is excluded during the formation of the d- and q-components of the load voltage.

При наличии нелинейной несимметричной нагрузки, например однофазный выпрямитель, в обратной и нулевой последовательностях напряжения нагрузки могут появиться другие гармонические составляющие, кроме второй и основной, например, в нулевой последовательности - кратные трем. Поэтому нулевая и обратная последовательности напряжения нагрузки в общем случае могут иметь спектр гармонических составляющих.In the presence of a non-linear asymmetric load, for example a single-phase rectifier, other harmonic components may appear in the reverse and zero sequences of the load voltage, except for the second and main ones, for example, in the zero sequence - multiples of three. Therefore, the zero and reverse sequences of the load voltage in the general case can have a spectrum of harmonic components.

На выходе схем вычитания (10) и (11) формируются разности соответствующих эталонных сигналов для d- и q-составляющих напряжения нагрузки

Figure 00000014
(16),
Figure 00000035
(17) и сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим напряжения нагрузки
Figure 00000036
и
Figure 00000037
, которые интегрируются интеграторами Иd (18) и Иq (19). Тем самым реализуется астатическое регулирование нулевого порядка по постоянным составляющим d- и q-составляющих напряжения нагрузки, то есть по прямой последовательности напряжения нагрузки.At the output of the subtraction schemes (10) and (11), differences of the corresponding reference signals are formed for the d- and q-components of the load voltage
Figure 00000014
(16),
Figure 00000035
(17) and signals proportional to the d- and q-components of the load voltage
Figure 00000036
and
Figure 00000037
which are integrated by the integrators And d (18) and And q (19). Thus, zero-order astatic regulation is realized with respect to the constant components of the d- and q-components of the load voltage, i.e., in a direct sequence of the load voltage.

Одновременно с этим из сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим напряжения нагрузки

Figure 00000038
и
Figure 00000039
схемы выделения гармонических составляющих в d-составляющей
Figure 00000016
(12, 13) и в q-составляющей
Figure 00000040
(14, 15) напряжения нагрузки выделяют из них с максимальными коэффициентами усиления гармонические составляющие, образованные обратной последовательностью напряжения нагрузки, которые суммируются в сумматорах (22) и (23) и затем соответственно вычитаются в схемах вычитания (20) и (21) из выходных сигналов интеграторов d- и q-составляющих напряжения нагрузки Иd (18) и Иq (19). На выходе схем вычитания (20) и (21) формируются сигналы, обеспечивающие астатическое регулирование как по постоянным составляющим, так и по выделенным гармоническим составляющим d- и q-составляющих напряжения нагрузки. Эти сигналы обратным преобразователем координат ПК-1 (24) преобразуются из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат.At the same time, from signals proportional to the d- and q-components of the load voltage
Figure 00000038
and
Figure 00000039
schemes for the allocation of harmonic components in the d-component
Figure 00000016
(12, 13) and in the q component
Figure 00000040
(14, 15) load voltages extract harmonic components from them with maximum amplification factors formed by the reverse sequence of load voltages, which are summed in adders (22) and (23) and then subtracted accordingly in the subtraction schemes (20) and (21) from the output signals of integrators of d- and q-components of the load voltage AND d (18) and AND q (19). At the output of the subtraction circuits (20) and (21), signals are generated that provide astatic regulation both in terms of the constant components and in the selected harmonic components of the d- and q-components of the load voltage. These signals are converted by the inverse coordinate transformer PC -1 (24) from a two-phase dq coordinate system to a three-phase abc coordinate system.

На выходе обратного преобразователя координат ПК-1 (24) формируются три управляющих напряжения

Figure 00000041
,
Figure 00000042
,
Figure 00000043
, которые поступают соответственно на уменьшаемые входы схем вычитания (25), (26), (27).At the output of the inverse coordinate converter PC -1 (24), three control voltages are formed
Figure 00000041
,
Figure 00000042
,
Figure 00000043
which go respectively to the diminished inputs of the subtraction schemes (25), (26), (27).

На выходе сумматора (7) формируется нулевая последовательность напряжения нагрузки, которая через согласующее пропорциональное звено

Figure 00000044
(28) передается на входы схем выделения гармонических составляющих нулевой последовательности
Figure 00000045
(29, 30). Эти схемы выделяют с максимальными коэффициентами усиления гармонические составляющие, образованные нулевой последовательностью напряжения нагрузки, и в сумматоре (31) формируется сумма выделенных гармонических составляющих нулевой последовательности напряжения нагрузки. Эта сумма вычитается из каждой фазы управляющих напряжений в схемах вычитания (25), (26), (27), на выходе которых формируются модулирующие напряжения
Figure 00000046
,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
для системы импульсно-фазового управления СИФУ (32). Система импульсно-фазового управления СИФУ (32) формирует высокочастотные импульсы управления для переключения силовых ключей усилителя мощности УМ (33), который преобразует энергию источника постоянного напряжения в напряжения, определяемые спектром модулирующих сигналов
Figure 00000049
,
Figure 00000050
,
Figure 00000048
. Сформированные усилителем мощности УМ (33) сигналы поступают на входные обмотки трансформаторов Тра, Трв, Трс (2, 3, 4) и передаются с необходимым коэффициентом трансформации на выходные обмотки трансформаторов, корректируя в виде вольтодобавки фазные напряжения нагрузки.At the output of the adder (7), a zero sequence of load voltage is formed, which through the matching proportional link
Figure 00000044
(28) is transmitted to the inputs of the zero sequence harmonic components
Figure 00000045
(29, 30). These schemes isolate with maximum amplification factors harmonic components formed by the zero sequence of the load voltage, and in the adder (31) the sum of the selected harmonic components of the zero sequence of the load voltage is formed. This sum is subtracted from each phase of the control voltages in the subtraction schemes (25), (26), (27), at the output of which modulating voltages are formed
Figure 00000046
,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
for the system of pulse-phase control SIFU (32). The SIFU pulse-phase control system (32) generates high-frequency control pulses for switching the power switches of the power amplifier UM (33), which converts the energy of a constant voltage source into voltages determined by the spectrum of modulating signals
Figure 00000049
,
Figure 00000050
,
Figure 00000048
. The generated power amplifier PA (33) signals are applied to the input winding of a transformer Tr, Tr in, with Tp (2, 3, 4) and transmitted with the required transformation ratio at the output windings of transformers, adjusting as the boost phase of the load voltage.

При наличии нелинейной нагрузки, генерирующей в сеть широкий спектр гармонических составляющих тока и приводящей к появлению широкого спектра гармонических составляющих в напряжении сети, в прямую, обратную и нулевую последовательности войдут гармонические составляющие разных порядков. Поэтому схемы выделения гармонических составляющих должны быть настроены на соответствующие гармонические составляющие, а не только на основную гармоническую составляющую для нулевой последовательности напряжения нагрузки и на вторую гармоническую составляющую в обратной последовательности напряжения нагрузки, как при линейной несимметричной нагрузке.In the presence of a nonlinear load generating a wide range of harmonic components of the current into the network and leading to the appearance of a wide range of harmonic components in the network voltage, harmonic components of different orders will enter the forward, reverse and zero sequences. Therefore, the harmonic component extraction circuits should be tuned to the corresponding harmonic components, and not only to the main harmonic component for the zero sequence of the load voltage and to the second harmonic component in the reverse sequence of the load voltage, as with a linear asymmetric load.

Симметрирование напряжения питающей сети в предложенном способе происходит за счет астатического регулирования нулевого порядка максимальных по амплитуде гармонических составляющих в нулевой и обратной последовательностях напряжения питающей сети, что приводит к их исключению. Так же в предложенном способе осуществляется стабилизация параметров прямой последовательности напряжения питающей сети за счет астатического регулирования нулевого порядка амплитуды прямой последовательности напряжения нагрузки в dq-системе координат с использованием интегрирования разности сигналов постоянного напряжения.The balancing of the voltage of the mains in the proposed method is due to the astatic regulation of zero order of the maximum amplitude harmonic components in the zero and reverse sequences of the voltage of the mains, which leads to their exclusion. Also in the proposed method, the parameters of the direct sequence of the voltage of the supply network are stabilized due to the astatic regulation of zero order amplitude of the direct sequence of the voltage of the load in the dq-coordinate system using the integration of the difference of the DC voltage signals.

Докажем, что в предложенном способе повышения качества электрической энергии происходят исключение из спектра напряжения нагрузки выделенных гармонических составляющих в нулевой и обратной последовательностях напряжения нагрузки и стабилизация напряжения прямой последовательности.Let us prove that in the proposed method for improving the quality of electric energy, the selected harmonic components in the zero and reverse sequences of the load voltage are excluded from the load voltage spectrum and the voltage of the direct sequence is stabilized.

Изображение i-й фазы напряжения нагрузки

Figure 00000051
(s) согласно блок-схеме (фиг.1) можно представить в видеImage of the i-th phase of the load voltage
Figure 00000051
(s) according to the block diagram (figure 1) can be represented as

Figure 00000052
Figure 00000052

где

Figure 00000053
- изображение ЕДС i-й фазы питающей сети;Where
Figure 00000053
- image of EMF of the i-th phase of the supply network

Figure 00000054
- передаточная функция от ЕДС i-й фазы питающей сети в i-ю фазу нагрузки;
Figure 00000054
- transfer function from the EDS of the i-th phase of the supply network to the i-th phase of the load;

Figure 00000055
- изображение вольтодобавки в выходной обмотке трансформатора i-й фазы питающей сети. i=a, b, c.
Figure 00000055
- image of voltage boost in the output winding of the transformer of the i-th phase of the supply network. i = a, b, c.

Изображение напряжений вольтодобавки

Figure 00000056
согласно блок-схеме (фиг.1) можно записать:Voltage boost image
Figure 00000056
according to the block diagram (figure 1) you can write:

Figure 00000057
Figure 00000057

где

Figure 00000058
- коэффициент пропорциональности напряжения нулевой последовательности;Where
Figure 00000058
- the coefficient of proportionality of the voltage of the zero sequence;

U0(s) - изображение нулевой последовательности напряжения нагрузки;U 0 (s) - image of the zero sequence of the load voltage;

Figure 00000059
,
Figure 00000060
- передаточная функция схемы выделения j-й гармонической составляющей нулевой последовательности
Figure 00000061
(29, 30) напряжения нагрузки и передаточная функция i-й фазы выходного фильтра усилителя мощности УМ (33);
Figure 00000059
,
Figure 00000060
- transfer function of the allocation circuit of the j-th harmonic component of the zero sequence
Figure 00000061
(29, 30) load voltage and transfer function of the ith phase of the output filter of the power amplifier of the PA (33);

Figure 00000062
- управляющие сигналы, формируемый на выходах схемы обратного преобразователя координат ПК-1 (24);
Figure 00000062
- control signals generated at the outputs of the circuit of the inverse coordinate transformer PC -1 (24);

Figure 00000063
, Kn4, Kmp - коэффициенты усиления по напряжению силовой схемы статического преобразователя усилителя мощности по нулевой последовательности напряжения нагрузки и управляющим сигналам
Figure 00000064
,
Figure 00000065
,
Figure 00000066
, формируемым на выходе схемы обратного преобразователя координат ПК-1 (24), с учетом системы импульсно-фазового управления СИФУ (32) и коэффициент трансформации трансформаторов Тра, Трв, Трс (2, 3, 4) соответственно.
Figure 00000063
, K n4 , K mp - voltage gain of the power circuit of the static converter of the power amplifier according to the zero sequence of the load voltage and control signals
Figure 00000064
,
Figure 00000065
,
Figure 00000066
Formed on the output of the inverter circuit coordinate PC-1 (24), with the system of pulse-phase control IFSB (32) and the transformation ratio of transformer Tr and, in Tr, Tr s (2, 3, 4), respectively.

Подставляя выражения (6) в выражения (5), получим изображения фазных напряжений нагрузки:Substituting expressions (6) into expressions (5), we obtain images of the phase load voltages:

Figure 00000067
Figure 00000067

Выразим изображение нулевой последовательности напряжения нагрузки согласно с известным определением:Express the image of the zero sequence of the load voltage according to the well-known definition:

Figure 00000068
Figure 00000068

Подставим выражения (8) в (7) и выразим изображение нулевой последовательности напряжения нагрузки:We substitute expressions (8) into (7) and express the image of the zero sequence of the load voltage:

Figure 00000069
Figure 00000069

В выражении (9) выделим передаточную функцию схемы выделения m-й гармонической составляющей нулевой последовательности:In expression (9), we select the transfer function of the allocation circuit of the mth harmonic component of the zero sequence:

Figure 00000070
Figure 00000070

Тогда, после приведения выделенной передаточной функции (10) к общему знаменателю изображение нулевой последовательности напряжения нагрузки можно представить в видеThen, after reducing the selected transfer function (10) to a common denominator, the image of the zero sequence of the load voltage can be represented as

Figure 00000071
Figure 00000071

Подставляя в уравнение (11) s=jωm, определим значение m-й гармонической составляющей нулевой последовательности напряжения нагрузки в замкнутой системе:Substituting s = jω m into equation (11), we determine the value of the mth harmonic component of the zero sequence of the load voltage in a closed system:

Figure 00000072
Figure 00000072

Последнее выражение (12) показывает, что выделенные гармонические составляющие в нулевой последовательности напряжения нагрузки в предложенном способе обращаются в ноль вне зависимости от вида управляющих сигналов

Figure 00000073
, формируемых схемой обратного преобразователя координат ПК-1 (24). Поэтому симметрия напряжения нагрузки будет повышаться за счет исключения в нулевой последовательности максимальных по амплитуде гармонических составляющих.The last expression (12) shows that the selected harmonic components in the zero sequence of the load voltage in the proposed method turn to zero, regardless of the type of control signals
Figure 00000073
formed by the inverse coordinate converter PC -1 (24). Therefore, the symmetry of the load voltage will increase due to the exclusion in the zero sequence of the maximum amplitude harmonic components.

На выходах схем вычитания (20) и (21) сигналы для d- и q-составляющих ΔUd(s) и ΔUq(s) согласно с блок-схемой (фиг.1) можно представить в видеAt the outputs of the subtraction schemes (20) and (21), the signals for the d and q components ΔU d (s) and ΔU q (s) according to the block diagram (Fig. 1) can be represented as

Figure 00000074
Figure 00000074

где

Figure 00000075
,
Figure 00000076
- изображения постоянных эталонных сигналов для d-и q-составляющих напряжения нагрузки;Where
Figure 00000075
,
Figure 00000076
- Images of constant reference signals for the d and q components of the load voltage;

Figure 00000077
,
Figure 00000078
- коэффициенты пропорциональности;
Figure 00000077
,
Figure 00000078
- proportionality coefficients;

Figure 00000079
,
Figure 00000080
- изображения d- и q-составляющих напряжения нагрузки;
Figure 00000079
,
Figure 00000080
- Images of the d- and q-components of the load voltage;

Wd(s), Wq(s) - передаточные функции интеграторов Иd (18) и Иq (19) для d- и q-составляющих напряжения нагрузки;W d (s), W q (s) are the transfer functions of the integrators And d (18) and And q (19) for the d- and q-components of the load voltage;

Wpi(s) - передаточная функция схемы выделения i-й гармонической составляющей

Figure 00000081
(12, 13) и
Figure 00000082
(14, 15) в d- и q-составляющих напряжения нагрузки.W pi (s) is the transfer function of the allocation scheme of the i-th harmonic component
Figure 00000081
(12, 13) and
Figure 00000082
(14, 15) in the d- and q-components of the load voltage.

Мгновенные значения управляющих сигналов

Figure 00000083
,
Figure 00000084
,
Figure 00000085
, формируемые на выходах схемы обратного преобразования координат ПК-1 (24), описываются в виде (Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980.):Instantaneous values of control signals
Figure 00000083
,
Figure 00000084
,
Figure 00000085
formed at the outputs of the scheme of the inverse coordinate transformation PC -1 (24) are described in the form (Vazhnov A.I. Transient processes in alternating current machines. - L.: Energy, Leningrad. Department, 1980.):

Figure 00000086
Figure 00000086

Figure 00000087
;
Figure 00000087
;

где

Figure 00000088
- операция обратного преобразования Лапласа.Where
Figure 00000088
- operation of the inverse Laplace transform.

Учитывая теорему смещения комплексной переменной в преобразовании Лапласа при умножении во временной области преобразуемой функции на экспоненциальную функцию, изображения по Лапласу управляющих сигналов

Figure 00000089
,
Figure 00000090
,
Figure 00000091
в соответствии с выражениями (14) и с учетом соотношений (13) могут быть записаны:Given the bias theorem of a complex variable in the Laplace transform when multiplied in the time domain of the transform function by an exponential function, the Laplace image of the control signals
Figure 00000089
,
Figure 00000090
,
Figure 00000091
in accordance with expressions (14) and taking into account relations (13), the following can be written:

Figure 00000092
Figure 00000092

Изображения модулирующих сигналов

Figure 00000093
,
Figure 00000094
,
Figure 00000095
, формируемых на выходе схем вычитания (25), (26) и (27) и поступающих на вход системы импульсно-фазового управления СИФУ (32), можно представить в видеModulation Waveform Images
Figure 00000093
,
Figure 00000094
,
Figure 00000095
generated at the output of the subtraction schemes (25), (26) and (27) and fed to the input of the SIFU pulse-phase control system (32) can be represented as

Figure 00000096
Figure 00000096

где

Figure 00000097
Where
Figure 00000097

Изображения фазных напряжений нагрузки согласно блок-схеме (фиг.1) можно записатьImages of the phase voltage of the load according to the block diagram (figure 1) can be written

Figure 00000098
Figure 00000098

Тогда мгновенные значения d- и q-составляющих напряжения нагрузки, формируемые на выходе прямого преобразователя координат ПК (6), определяться выражениямиThen, the instantaneous values of the d- and q-components of the load voltage, formed at the output of the direct coordinate transformer PC (6), are determined by the expressions

Figure 00000099
Figure 00000099

Учитывая теорему смещения комплексной переменной в преобразовании Лапласа при умножении во временной области преобразуемой функции на экспоненциальную функцию, изображения по Лапласу d- и q-составляющих напряжения нагрузки согласно выражениям (18) и с учетом соотношений (15)-(17) для замкнутой системы автоматического регулирования определятся выражениямиGiven the bias theorem of the complex variable in the Laplace transform when multiplying the transformed function by the exponential function in the time domain, the Laplace images of the d- and q-components of the load voltage according to expressions (18) and taking into account relations (15) - (17) for a closed system of automatic regulation are defined by expressions

Figure 00000100
Figure 00000100

Figure 00000101
Figure 00000101

слагаемые, входящие в выражения для d - и q-составляющих напряжения нагрузки и содержащие изображения ЭДС сети, эталонных сигналов, напряжений нагрузки для d - и q-составляющих со смещением комплексной переменной s на +jΩ или - jΩ для параметров сети и на +j2Ω или на -j2Ω для остальных передаточных функций и изображений переменных;terms included in the expressions for the d - and q-components of the load voltage and containing images of the EMF network, reference signals, load voltages for d - and q-components with a shift of the complex variable s by + jΩ or - jΩ for network parameters and by + j2Ω or by -j2Ω for other transfer functions and variable images;

Figure 00000102
;
Figure 00000102
;

- слагаемые, входящие в выражения для d - и q-составляющих напряжения нагрузки и содержащие изображения ЭДС сети, эталонных сигналов, напряжений нагрузки для d - и q-составляющих со смещением комплексной переменной s на +jΩ или - jΩ для параметров сети и на +j2Ω или на -j2Ω для остальных передаточных функций и изображений переменных;- terms in the expressions for the d - and q-components of the load voltage and containing images of the EMF network, reference signals, load voltages for d - and q-components with the shift of the complex variable s by + jΩ or - jΩ for the network parameters and + j2Ω or by -j2Ω for other transfer functions and variable images;

Figure 00000103
Figure 00000103

Анализ выражений (19) показывает, что в числителях выражений для d - и q -составляющих напряжения нагрузки в числителях входят суммы передаточных функций схем выделения гармонических составляющих в первой степени, а в знаменателях входят еще и произведения сумм передаточных функций схем выделения гармонических составляющих, то есть во второй степени. По аналогии с проведенным выше анализом для нулевой последовательности выделим передаточную функцию для m-й гармонической составляющей согласно выражению (10), подставим эту передаточную функцию в выражения (19) и приведем их числители и знаменатели к общему знаменателю. В результате числители преобразованных выражений (19) и слагаемые знаменателей, не содержащие вторую степень передаточных функций схем выделения m-й гармонической составляющей, будут умножаться на сомножитель

Figure 00000104
. В результате все слагаемые числителей выражений (19) и слагаемые их знаменателей, не содержащие вторую степень передаточных функций схем выделения m-й гармонической составляющей, будут умножаться на указанный сомножитель в первой или во второй степени. В знаменателях выражений (19) только слагаемые, содержащие вторую степень передаточных функций схем выделения m-й гармонической составляющей, не будут содержать такого сомножителя.An analysis of expressions (19) shows that in the numerators of expressions for the d - and q-components of the load voltage, the numerators include the sum of the transfer functions of the harmonic component extraction circuits to the first degree, and the denominators also include the product of the sum of the transfer functions of the harmonic component allocation schemes, then there is a second degree. By analogy with the analysis performed above, for the zero sequence, we select the transfer function for the mth harmonic component according to expression (10), substitute this transfer function in expressions (19) and bring their numerators and denominators to a common denominator. As a result, the numerators of the transformed expressions (19) and the terms of the denominators that do not contain the second degree of the transfer functions of the allocation schemes for the mth harmonic component will be multiplied by the factor
Figure 00000104
. As a result, all terms of the numerators of expressions (19) and terms of their denominators that do not contain the second degree of the transfer functions of the allocation schemes of the mth harmonic component will be multiplied by the indicated factor in the first or second degree. In the denominators of expressions (19), only terms containing the second degree of the transfer functions of the separation schemes of the mth harmonic component will not contain such a factor.

Определим значения m-й гармонической составляющей в d- и q-составляющих напряжения нагрузки. Для этого в выражения (19) после выделения передаточных функций схем выделения m-й гармонической составляющей подставим s=jωm. Числители этих выражений обратятся в ноль, а знаменатели будут содержать конечное, не равное нулю значение комплексного числа, определяемого слагаемыми, содержащими квадрат передаточных функций для m-й гармонической составляющей. Поэтому можно записать:We determine the values of the mth harmonic component in the d- and q-components of the load voltage. For this, in the expression (19), after the transfer functions are allocated, the mth harmonic component allocation circuits are substituted with s = jω m . The numerators of these expressions will vanish, and the denominators will contain a finite, non-zero value of the complex number determined by the terms containing the square of the transfer functions for the mth harmonic component. Therefore, you can write:

Figure 00000105
Figure 00000105

Последние выражения (20) показывают, что при реализации предложенного способа выделяемые гармонические составляющие в d- и q-составляющих напряжения нагрузки исключаются. Эти гармонические составляющие определяются обратной последовательностью напряжения нагрузки. Поэтому при их исключении симметрия напряжения нагрузки повышается.The last expressions (20) show that when implementing the proposed method, the allocated harmonic components in the d- and q-components of the load voltage are excluded. These harmonic components are determined by the reverse sequence of the load voltage. Therefore, when they are excluded, the symmetry of the load voltage increases.

Согласно выражению (3) прямая последовательность напряжения нагрузки определяется постоянными составляющими d- и q-составляющих напряжения нагрузки. В линейных диапазонах контуров регулирования напряжения нагрузки выходные сигналы интеграторов Иd (18) и Иq (19) в установившемся режиме примут такие значения, чтобы их входные сигналы были равны нулю. Это достигается при выполнении условийAccording to expression (3), the direct sequence of the load voltage is determined by the constant components of the d- and q-components of the load voltage. In the linear ranges of the load voltage control loops, the output signals of the integrators And d (18) and And q (19) in the steady state will take such values that their input signals are equal to zero. This is achieved when the conditions are met.

Figure 00000106
Figure 00000106

где

Figure 00000107
,
Figure 00000108
- постоянные напряжения, определяемые значения эталонных сигналов.Where
Figure 00000107
,
Figure 00000108
- constant voltage, determined by the value of the reference signals.

Из выражений (21) следует, что значения d- и q-составляющих напряжения нагрузки за счет изменения вольтодобавки для прямой последовательности напряжения нагрузки будут стабилизироваться и определяться значениями соответствующих эталонных сигналов и коэффициентов пропорциональности:From the expressions (21) it follows that the values of the d- and q-components of the load voltage due to changes in the voltage addition for the direct sequence of the load voltage will be stabilized and determined by the values of the corresponding reference signals and proportionality coefficients:

Figure 00000109
Figure 00000109

Следовательно, и амплитуда прямой последовательности напряжения нагрузки будет стабильной.Consequently, the amplitude of the direct sequence of the load voltage will be stable.

На фиг.2 представлены результаты имитационного моделирования в пакете PSIM способа-прототипа при наличии несимметричной активной нагрузки (фаза A - 20 Ом, фаза B - 10 Ом, фаза C - 5 Ом) и наличии трехфазного нулевого выпрямителя с активной нагрузкой 15 Ом и последовательной индуктивностью 150 µГн. Активная нагрузка и выпрямитель питаются от сети (фиг.1) с амплитудой фазных ЭДС 325 B, фазным активным сопротивлением 0,25 Ома и последовательной фазной индуктивностью 100 µГн. Вольтодобавочные трансформаторы - идеальные с единичным коэффициентом трансформации. Усилитель мощности - инвертор напряжения на полностью управляемых ключах, работающих на частоте переключений 20 кГц. Выходные однозвенные LC-фильтры усилителя мощности подавляют частоту коммутации ключей инвертора.Figure 2 presents the results of simulation in the PSIM package of the prototype method in the presence of an asymmetric active load (phase A - 20 Ohms, phase B - 10 Ohms, phase C - 5 Ohms) and the presence of a three-phase zero rectifier with an active load of 15 Ohms and serial inductance 150 µH. The active load and the rectifier are powered from the network (Fig. 1) with an amplitude of phase EMF 325 V, phase active resistance 0.25 Ohm and series phase inductance 100 μH. Booster transformers are ideal with a single transformation ratio. The power amplifier is a voltage inverter on fully controllable switches operating at a switching frequency of 20 kHz. The output single-link LC filters of the power amplifier suppress the switching frequency of the inverter keys.

В способе-прототипе исключается только основная гармоническая составляющая нулевой последовательности напряжения нагрузки. На графиках представлены: мгновенные значения фазных напряжений нагрузки Uнa, Uнb, Uнc (первый график; выделена верхняя часть напряжений для иллюстрации модуляции фазных напряжений нагрузки), мгновенные значения токов нагрузки Iнa, Iнb, Iнc (второй график), мгновенные значения d-составляющей напряжения нагрузки

Figure 00000110
(третий график), мгновенные значения q-составляющей напряжения нагрузки
Figure 00000111
(четвертый график), мгновенные значения нулевой составляющей напряжения нагрузки
Figure 00000112
(пятый график), модулирующие напряжения инвертора напряжения
Figure 00000113
,
Figure 00000114
,
Figure 00000115
(шестой график). Анализ результатов моделирования показывает, что при реализации способа-прототипа при принятых значениях параметров элементов изменения амплитудных значений фазных напряжений нагрузки составляют от 295 B до 315 B (первый график).In the prototype method, only the main harmonic component of the zero sequence of the load voltage is excluded. The graphs are presented: the instantaneous values of the phase load voltage U nA, U Hb, U ns (the first graph; isolated upper part of the stress to illustrate phase load voltage modulation), the instantaneous values of the load currents I nA, I Hb, I ns (second graph) instantaneous values of the d-component of the load voltage
Figure 00000110
(third graph), instantaneous values of the q-component of the load voltage
Figure 00000111
(fourth graph), instantaneous values of the zero component of the load voltage
Figure 00000112
(fifth graph), the inverter voltage modulating voltage
Figure 00000113
,
Figure 00000114
,
Figure 00000115
(sixth graph). Analysis of the simulation results shows that when implementing the prototype method with the accepted values of the parameters of the elements, the changes in the amplitude values of the phase voltage of the load are from 295 B to 315 B (first graph).

На фиг.3 представлены результаты имитационного моделирования в пакете PSIM предлагаемого способа. Графики на фиг.3 отражают те же переменные, что и на фиг.2, и при тех же значениях параметров схемы. В способе-прототипе в нулевой последовательности выделяются основная и третья гармонические составляющие, в d-составляющей напряжения нагрузки

Figure 00000116
- вторая гармоническая составляющая, а в q-составляющей напряжения нагрузки
Figure 00000117
- вторая гармоническая составляющая. Стабилизация напряжения прямой последовательности напряжения нагрузки реализуется на уровне 220 B действующего значения.Figure 3 presents the results of simulation in the PSIM package of the proposed method. The graphs in figure 3 reflect the same variables as in figure 2, and with the same values of the parameters of the circuit. In the prototype method in the zero sequence the main and third harmonic components are distinguished, in the d-component of the load voltage
Figure 00000116
is the second harmonic component, and in the q-component of the load voltage
Figure 00000117
- the second harmonic component. Voltage stabilization of the direct sequence of the load voltage is realized at 220 V rms value.

Таким образом, предложенный способ повышает симметрию напряжений питающей сети путем исключения максимальных по амплитуде гармонических составляющих в нулевой и обратной последовательностях напряжения питающей сети и стабилизирует амплитуду прямой последовательности напряжения питающей сети при наличии несимметричной нагрузки, а также стабилизирует амплитуду напряжения сети при наличии симметричной нагрузки.Thus, the proposed method increases the symmetry of the supply voltage by eliminating the maximum amplitude harmonic components in the zero and reverse sequences of the supply voltage and stabilizes the amplitude of the direct sequence of the supply voltage in the presence of an asymmetric load, and also stabilizes the amplitude of the supply voltage in the presence of a symmetric load.

Claims (1)

Способ повышения качества электроэнергии при наличии несимметричной нагрузки, состоящий в том, что измеряют мгновенные значения трехфазного напряжения сети, выделяют нулевую последовательность напряжения сети, выделяют гармонические составляющие, формируют напряжение коррекции для каждой фазы напряжения сети и суммируют полученные напряжения коррекции в виде вольтодобавки с напряжениями сети, отличающийся тем, что измеренные мгновенные значения трехфазного напряжения сети преобразуют из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с основной частотой Ω двухфазную dq-систему координат, формируют сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим напряжения сети, формируют постоянные, эталонные сигналы для d- и q-составляющих прямой последовательности напряжения сети, формируют сигналы сравнения для d- и q-составляющих напряжения сети путем интегрирования разности соответствующих эталонных сигналов, и сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим напряжения сети, указанное выделение гармонических составляющих осуществляют с максимальными коэффициентами усиления в сигналах, пропорциональных d- и q-составляющим напряжения сети и обусловленных обратной последовательностью напряжения сети, формируют управляющие сигналы для d- и q-составляющих вычитанием соответствующих выделенных гармонических составляющих обратной последовательности из сигналов сравнения для d- и q-составляющих напряжения сети, преобразуют управляющие сигналы для d- и q-составляющих напряжения сети из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, формируют сигнал, пропорциональный нулевой последовательности напряжения сети, из которого выделяют с максимальными коэффициентами усиления конечное число гармонических составляющих с наибольшими амплитудами, и указанное формирование напряжения коррекции для каждой фазы напряжения сети осуществляют в abc-системе координат пропорционально сигналам, сформированным вычитанием гармонических составляющих, выделенных в нулевой последовательности напряжения сети, из соответствующих преобразованных сигналов управления. A way to improve the quality of electricity in the presence of an asymmetric load, which consists in measuring the instantaneous values of the three-phase network voltage, isolating the zero sequence of the mains voltage, extracting harmonic components, generating a correction voltage for each phase of the mains voltage, and summing the obtained correction voltages in the form of voltage boosts with mains voltages characterized in that the measured instantaneous values of the three-phase network voltage are converted from a three-phase abc coordinate system into Complying with the fundamental frequency Ω, the two-phase dq-coordinate system generates signals proportional to the d- and q-components of the mains voltage, generates constant, reference signals for the d- and q-components of the direct sequence of the mains voltage, generates comparison signals for d- and q- components of the network voltage by integrating the difference of the corresponding reference signals, and signals proportional to the d- and q-components of the network voltage, the specified selection of harmonic components is carried out with maximum gains in In the proportional to the d- and q-components of the mains voltage and caused by the reverse sequence of the mains voltage, control signals are generated for the d- and q-components by subtracting the corresponding selected harmonic components of the negative sequence from the comparison signals for the d- and q-components of the mains voltage, the control signals for the d- and q-components of the mains voltage from a two-phase dq coordinate system to a three-phase abc coordinate system form a signal proportional to the zero sequence of voltage of the network, from which a finite number of harmonic components with the highest amplitudes is extracted with maximum amplification factors, and the indicated formation of the correction voltage for each phase of the network voltage is carried out in the abc coordinate system in proportion to the signals generated by subtracting the harmonic components extracted in the zero sequence of the network voltage from corresponding converted control signals.
RU2011128679/07A 2011-07-11 2011-07-11 Electric energy quality improvement method RU2475914C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128679/07A RU2475914C1 (en) 2011-07-11 2011-07-11 Electric energy quality improvement method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128679/07A RU2475914C1 (en) 2011-07-11 2011-07-11 Electric energy quality improvement method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011128679A RU2011128679A (en) 2013-01-20
RU2475914C1 true RU2475914C1 (en) 2013-02-20

Family

ID=48805056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011128679/07A RU2475914C1 (en) 2011-07-11 2011-07-11 Electric energy quality improvement method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2475914C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105572512A (en) * 2016-02-01 2016-05-11 上海海事大学 Index graded display method of port power grid electric energy quality monitoring system
RU2599732C1 (en) * 2015-10-19 2016-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Vector control system for voltage-adding transformer
RU2769082C1 (en) * 2021-04-26 2022-03-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method for analyzing the quality of electrical energy in a three-phase industrial power supply system
RU2775150C1 (en) * 2021-08-04 2022-06-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method for analyzing the quality of electrical energy in a three-phase industrial power supply system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0549172A (en) * 1991-07-02 1993-02-26 Mitsubishi Electric Corp Higher harmonic compensator
RU2046490C1 (en) * 1993-06-08 1995-10-20 Ивановский государственный энергетический университет им.В.И.Ленина Device for improving power supply characteristics in three-wire networks
US5498994A (en) * 1993-09-07 1996-03-12 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Active filter device
RU2237334C2 (en) * 2002-11-25 2004-09-27 Машкин Анатолий Геннадьевич Method for enhancing quality of electric energy
RU2382469C1 (en) * 2008-12-29 2010-02-20 Игорь Владимирович Устименко Method for improvement of electric energy quality in multiphase power supply system in balancing by one of phases

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0549172A (en) * 1991-07-02 1993-02-26 Mitsubishi Electric Corp Higher harmonic compensator
RU2046490C1 (en) * 1993-06-08 1995-10-20 Ивановский государственный энергетический университет им.В.И.Ленина Device for improving power supply characteristics in three-wire networks
US5498994A (en) * 1993-09-07 1996-03-12 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Active filter device
RU2237334C2 (en) * 2002-11-25 2004-09-27 Машкин Анатолий Геннадьевич Method for enhancing quality of electric energy
RU2382469C1 (en) * 2008-12-29 2010-02-20 Игорь Владимирович Устименко Method for improvement of electric energy quality in multiphase power supply system in balancing by one of phases

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599732C1 (en) * 2015-10-19 2016-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Vector control system for voltage-adding transformer
CN105572512A (en) * 2016-02-01 2016-05-11 上海海事大学 Index graded display method of port power grid electric energy quality monitoring system
CN105572512B (en) * 2016-02-01 2018-03-30 上海海事大学 The Index grading display methods of harbour distribution network electric energy quality monitoring system
RU2769082C1 (en) * 2021-04-26 2022-03-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method for analyzing the quality of electrical energy in a three-phase industrial power supply system
RU2775150C1 (en) * 2021-08-04 2022-06-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method for analyzing the quality of electrical energy in a three-phase industrial power supply system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011128679A (en) 2013-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6422216B2 (en) Apparatus and method for controlling circulating current in an inverter system
Panigrahi et al. A robust LQG servo control strategy of shunt-active power filter for power quality enhancement
Singh et al. Implementation of four‐leg distribution static compensator
Singh et al. Composite observer‐based control algorithm for distribution static compensator in four‐wire supply system
US11177660B2 (en) System and method for power converter control for virtual impedance
Mo et al. Model predictive control for Z-source power converter
Singh et al. Simple peak detection control algorithm of distribution static compensator for power quality improvement
WO2021186524A1 (en) Power conversion device
Kumar et al. Model predictive current control of DSTATCOM with simplified weighting factor selection using VIKOR method for power quality improvement
Kato et al. Lyapunov-based digital control of a grid-connected inverter with an LCL filter
RU2475914C1 (en) Electric energy quality improvement method
Lorenzini et al. Resonant–repetitive controller with phase correction applied to uninterruptible power supplies
RU2395893C2 (en) Method for application of conversion circuit and device for realisation of this method
Selvakumar et al. Cone-structured seven-level boost inverter topology for improvising power quality using online monitoring controller scheme for DSTATCOM application
Azevedo et al. An active power filter with direct current control for power quality conditioning
Budiwicaksana et al. Improving inverter output current controller under unbalanced conditions by using virtual impedance
Rivera et al. A simple current control method with instantaneous reactive power minimization for four-leg indirect matrix converters
RU2442275C1 (en) Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load
RU2444833C1 (en) Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load
Yağan et al. Artificial neural networks controllers for three-phase neutral point clamped inverters
WO2018068843A1 (en) Adaptive delay of a third harmonic component
RU2394346C1 (en) Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load
Gawande et al. State feedback‐based capacitor voltage equalisation scheme in distribution static compensator for load compensation
Abbes et al. Circulating current reduction of a grid-connected parallel interleaved converter using energy shaping control
Kharitonov et al. Zero sequence astatic control of three-phase four-leg voltage source inverter of power supply system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200712