RU2512886C1 - Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio - Google Patents

Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio Download PDF

Info

Publication number
RU2512886C1
RU2512886C1 RU2013119660/07A RU2013119660A RU2512886C1 RU 2512886 C1 RU2512886 C1 RU 2512886C1 RU 2013119660/07 A RU2013119660/07 A RU 2013119660/07A RU 2013119660 A RU2013119660 A RU 2013119660A RU 2512886 C1 RU2512886 C1 RU 2512886C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
voltage
phase
input
current
Prior art date
Application number
RU2013119660/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Николаевич Абрамович
Юрий Анатольевич Сычев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"
Priority to RU2013119660/07A priority Critical patent/RU2512886C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2512886C1 publication Critical patent/RU2512886C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device comprises an inverter, an accumulating capacitor, an output smoothening passive filter, and a control system controller, at the same time the control system controller is equipped with a grid current sensor, voltage sensor, pulse shaper on the basis of relay controllers with variable width of hysteresis, phase converters of current and voltage, a unit of phase synchronisation and a controller of accumulating capacitor voltage, control drivers for inverter power-circuit keys; the device is equipped with grid current phase converter, reference current phase converter and voltage-shaping unit.
EFFECT: reducing coefficient of distortion for sinusoidal current curves and line voltage in presence of non-linear load which mode is connected to dynamic change of consumed non-sinusoidal current; increasing power factor of the grid as per the main component.
1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам подавления и компенсации высших гармоник в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности. Устройство может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий с большим количеством нелинейной нагрузки.The invention relates to electrical engineering and the electric power industry, and in particular to devices for suppressing and compensating for higher harmonics in electric networks and correcting power factor. The device can be used in power supply systems of industrial enterprises with a large amount of non-linear load.

Известен активный фильтр (патент JP №6091711, д. пр. 04.03.1988), содержащий инвертор, накопительный конденсатор, вычислительные схемы и блок памяти. Выходной ток активного фильтра корректируется в зависимости от регулирующей величины тока, в качестве которой используется высокочастотная составляющая тока нелинейной нагрузки. Активный фильтр в данном устройстве содержит вычислительные схемы, определяющие разность между регулирующей величиной тока и выходным током фильтра, и блок памяти, на вход которого поступает выходной сигнал схем, где записана, по меньшей мере, часть периода регулирующей величины тока. В самообучающихся схемах управления за опорные приняты моменты времени, следующие через интервалы запаздывания, например, равные одному периоду регулирующей величины тока. Вычислительные схемы вырабатывают сигнал корректировки регулирующей величины тока в результате считывания содержимого блока памяти с опережением опорных моментов времени на определенный интервал, равный времени запаздывания выходного тока фильтра.Known active filter (JP patent No. 6091711, etc. pr. 04.03.1988) containing an inverter, a storage capacitor, computing circuits and a memory unit. The output current of the active filter is adjusted depending on the regulatory value of the current, which is used as the high-frequency component of the current of the nonlinear load. The active filter in this device contains computational circuits that determine the difference between the regulating current value and the output current of the filter, and a memory unit, the input of which receives the output signal of the circuits, where at least part of the period of the regulating current value is recorded. In self-learning control circuits, the time moments following the delay intervals, for example, equal to one period of the current control value, are taken as the reference ones. Computational circuits generate a signal for adjusting the current regulating value as a result of reading the contents of the memory block ahead of the reference time points by a certain interval equal to the delay time of the filter output current.

Недостатком устройства является невозможность выполнения фазовой синхронизации напряжения и тока компенсируемой сети, а механизм подавления высших гармоник основан на корректировке регулирующей величины тока в течение времени запаздывания фильтра, что в условиях режима динамичного изменения тока нелинейной нагрузки не позволит фиксировать и отрабатывать резкие скачки тока сети. В устройстве отсутствует регулятор напряжения накопительного конденсатора для управления величиной компенсационного тока и отработки резких изменений тока компенсируемой нагрузки. Устройство не позволяет инвертору активного фильтра работать с переменной частотой ШИМ.The disadvantage of this device is the impossibility of phase synchronization of the voltage and current of the compensated network, and the mechanism for suppressing higher harmonics is based on the adjustment of the regulating current during the delay time of the filter, which in the conditions of the dynamic change of the current of the nonlinear load will not allow fixing and working out sudden surges of the network current. The device lacks a voltage regulator for the storage capacitor to control the magnitude of the compensation current and to work out sudden changes in the current of the compensated load. The device does not allow the inverter of the active filter to work with a variable frequency PWM.

Известно устройство управления активным фильтром (патент JP №6055009, д. пр. 16.11.1987), содержащее блок фазовой синхронизации, вычислительные схемы, накопительный конденсатор и инвертор. Блок фазовой синхронизации вырабатывает фазовые сигналы синхронно с напряжением источника, которые обрабатываются вычислительными схемами. В результате формируются высокочастотные сигналы тока, являющиеся разностью между сигналами тока основной гармоники и сигналами измерения тока нагрузки, которые используются в качестве опорных сигналов при регулировании с применением ШИМ выходного тока активного фильтра.A control device for an active filter (JP patent No. 6055009, etc. pr. 11/16/1987) containing a phase synchronization unit, computational circuits, a storage capacitor and an inverter is known. The phase synchronization unit generates phase signals synchronously with the voltage of the source, which are processed by computer circuits. As a result, high-frequency current signals are generated, which are the difference between the main harmonic current signals and the load current measurement signals, which are used as reference signals when regulating the active filter's output current using PWM.

Недостатком устройства является отсутствие регулятора напряжения накопительного конденсатора и что инвертор в составе устройства работает с постоянной частотой ШИМ.The disadvantage of this device is the lack of a voltage regulator for the storage capacitor and that the inverter in the device operates with a constant PWM frequency.

Известен активный фильтр высших гармонических составляющих токов и устройство коррекции коэффициента мощности, (патент US №5977660, д. пр. 08.08.1997), содержащее инвертор, контроллер, накопительные конденсаторы и выходной пассивный сглаживающий фильтр. Контроллер выполняет процедуру прогноза тока в следующий промежуток времени с целью уменьшения создаваемой нагрузкой разницы фаз между током и напряжением сети. Управляющая процедура выполняет интегрирование разницы между реальными токами в линии и их требуемыми значениями в эквивалентные промежутки времени на различных циклах переменного тока основной частоты. Интегральные величины можно комбинировать с пропорционально регулируемыми разностными токами для снижения или полной компенсации гармонических токов. Процедура балансировки токов позволяет активному фильтру выравнивать токи в многофазных силовых линиях. Все эти процедуры можно использовать как по отдельности, так и вместе.Known active filter of higher harmonic components of the currents and the power factor correction device, (US patent No. 5977660, etc. pr 08.08.1997) containing an inverter, controller, storage capacitors and output passive smoothing filter. The controller performs the current prediction procedure for the next period of time in order to reduce the phase difference created by the load between the current and the mains voltage. The control procedure integrates the difference between the real currents in the line and their required values at equivalent time intervals on various alternating current cycles of the fundamental frequency. Integral values can be combined with proportionally adjustable differential currents to reduce or completely compensate for harmonic currents. The current balancing procedure allows the active filter to equalize currents in multiphase power lines. All these procedures can be used both individually and together.

Недостатком фильтра является невозможность инвертора работать с переменной частотой ШИМ.The disadvantage of the filter is the inverter's inability to work with a variable PWM frequency.

Известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, принятое за прототип (патент RU №2446536, д. пр. 30.11.2010), содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом контроллер системы управления снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации и регулятором напряжения накопительного конденсатора.A device for compensating higher harmonics and correcting the power factor of a network is adopted, which is adopted as a prototype (patent RU No. 2446536, etc. pr. 30.11.2010), comprising an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, while the control system controller is equipped with filter current sensor, network current sensor, voltage sensor, pulse generator based on relay controllers with variable hysteresis width, phase current and voltage converters, phase synchronization unit and Knob storage capacitor voltage.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности компенсации реактивной мощности основной составляющей (первой гармоники). Прототип эффективен при компенсации реактивной мощности, которую создают только высшие гармоники.The disadvantage of the prototype is the lack of compensation for the reactive power of the main component (first harmonic). The prototype is effective in compensating for the reactive power that only higher harmonics create.

Технический результат изобретения заключается в снижении коэффициентов искажения синусоидальности формы кривых тока и напряжения сети при наличии нелинейной нагрузки, режим работы которой связан с динамическим изменением потребляемого несинусоидального тока, и повышении коэффициента мощности сети по основной составляющей. Предлагаемое устройство может быть востребовано в сетях предприятий, где широкое распространение получила нелинейная нагрузка в виде различного типа преобразователей частоты систем регулируемого электропривода технологических установок и комплексов.The technical result of the invention is to reduce the distortion coefficients of the sinusoidal shape of the curves of the current and voltage of the network in the presence of a non-linear load, the mode of operation of which is associated with a dynamic change in the consumed non-sinusoidal current, and increase the power factor of the network along the main component. The proposed device can be in demand in enterprise networks, where non-linear load in the form of various types of frequency converters of variable-speed drive systems of technological installations and complexes has become widespread.

Технический результат изобретения достигается тем, что в состав устройства компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, содержащего инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом контроллер системы управления снабжен датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора, причем вход датчика тока сети соединен с зажимами питающей сети, вход датчика напряжения соединен с зажимами питающей сети, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора, вход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с зажимами накопительного конденсатора, выход датчика тока сети соединен с входом регулятора напряжения накопительного конденсатора, выход датчика напряжения соединен с входом фазового преобразователя напряжения, выход фазового преобразователя напряжения соединен с входом блока фазовой синхронизации, выход формирователя импульсов соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора, выход фазового преобразователя тока и выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединены с входом формирователя импульсов, включены фазовый преобразователь сетевых токов, фазовый преобразователь опорных токов и блок формирования напряжения, при этом выход блока фазовой синхронизации соединен с входом фазового преобразователя опорных токов, выход которого соединен с входом блока формирования напряжений, выход которого соединен с входом фазового преобразователя тока, выход блока фазовой синхронизации соединен с входом блока формирования напряжений, выход датчика тока сети соединен с входом фазового преобразователя сетевых токов, выход которого соединен с входом фазового преобразователя опорных токов, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входом блока формирования напряжений.The technical result of the invention is achieved by the fact that the device for compensation of higher harmonics and correction of the power factor of the network containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a controller of the control system, while the controller of the control system is equipped with a current sensor of the network, voltage sensor, pulse shaper on basis of relay controllers with variable hysteresis width, phase current and voltage converters, phase synchronization unit, voltage regulator the storage capacitor, and the input of the current sensor is connected to the terminals of the supply network, the input of the voltage sensor is connected to the terminals of the supply network, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the inputs of the inverter power switch drivers, the input of the storage capacitor voltage regulator is connected to the terminals of the storage capacitor, output the network current sensor is connected to the input of the storage capacitor voltage regulator, the output of the voltage sensor is connected to the phase voltage converter, the output of the phase voltage converter is connected to the input of the phase synchronization unit, the output of the pulse generator is connected to the inputs of the inverter power switch drivers, the output of the phase current converter and the output of the storage capacitor voltage regulator are connected to the input of the pulse generator, the phase converter of network currents, phase converter are turned on reference currents and a voltage generation unit, while the output of the phase synchronization unit is connected to the input of a new reference current converter, the output of which is connected to the input of the voltage generation unit, the output of which is connected to the input of the phase current converter, the output of the phase synchronization unit is connected to the input of the voltage generation unit, the output of the network current sensor is connected to the input of the phase current converter, the output of which is connected to the input of the phase converter of the reference currents, the output of the voltage regulator of the storage capacitor is connected to the input of the voltage generation unit.

Предлагаемое устройство поясняется на фиг.1, где показана структура устройства. На фиг.1: 1 - нелинейная нагрузка; 2 - инвертор; 3 - накопительный конденсатор; 4 - выходной пассивный фильтр; 5 - датчик напряжения; 6 - фазовый преобразователь напряжения; 7 - блок фазовой синхронизации; 8 - фазовый преобразователь тока; 9 - формирователь импульсов; 10 - датчик тока сети; 11 - регулятор напряжения накопительного конденсатора; 12 - контроллер системы управления; 13 - фазовый преобразователь сетевых токов; 14 - фазовый преобразователь опорных токов; 15 - блок формирования напряжений.The proposed device is illustrated in figure 1, which shows the structure of the device. In Fig.1: 1 - nonlinear load; 2 - inverter; 3 - storage capacitor; 4 - output passive filter; 5 - voltage sensor; 6 - phase voltage converter; 7 - phase synchronization block; 8 - phase current converter; 9 - pulse shaper; 10 - network current sensor; 11 - voltage regulator of the storage capacitor; 12 - controller control system; 13 - phase converter of network currents; 14 - phase converter of the reference currents; 15 - block forming stresses.

Устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети работает следующим образом. К инвертору 2 подключен накопительный конденсатор 3, к выходу инвертора 2 подключается выходной пассивный фильтр 4. Контроллер системы управления 12 осуществляет регулирование напряжения накопительного конденсатора 3 и генерацию импульсов управления силовыми ключами инвертора 2. Контроллер системы управления 12, в свою очередь, состоит из датчика напряжения 5, фазового преобразователя напряжения 6, блока фазовой синхронизации 7, фазового преобразователя тока 8, формирователя импульсов 9, датчика тока сети 10, регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, фазового преобразователя сетевых токов 13, фазового преобразователя опорных токов 14, блока формирования напряжений 15.The device for the compensation of higher harmonics and correction of the power factor of the network operates as follows. A storage capacitor 3 is connected to the inverter 2, an output passive filter 4 is connected to the inverter 2 output. The control system controller 12 controls the voltage of the storage capacitor 3 and generates control pulses of the power keys of the inverter 2. The control system controller 12, in turn, consists of a voltage sensor 5, phase voltage converter 6, phase synchronization unit 7, phase current converter 8, pulse shaper 9, current sensor network 10, voltage regulator drive th capacitor 11, phase currents of the inverter network 13, phase converter 14, the reference currents, voltages forming unit 15.

Вход датчика тока сети 10 соединен с зажимами питающей сети, вход датчика напряжения 5 соединен с зажимами питающей сети, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора 2, вход регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединен с зажимами накопительного конденсатора 3, выход датчика тока сети 10 соединен с входом формирователя импульсов 9, выход датчика тока сети 10 соединен с входом регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, выход датчика напряжения 5 соединен с входом фазового преобразователя напряжения 6, выход фазового преобразователя напряжения 6 соединен с входом блока фазовой синхронизации 7, выход блока фазовой синхронизации 7 соединен с входом фазового преобразователя опорных токов 14, выход которого соединен с входом блока формирования напряжений 15, выход которого соединен с входом фазового преобразователя тока 8, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединен с входом фазового преобразователя тока 8, выход фазового преобразователя тока 8 и выход регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединены с входом формирователя импульсов 9, выход которого соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора 2, выход датчика тока сети 10 соединен с входом фазового преобразователя сетевых токов 13, выход которого соединен с входом фазового преобразователя опорных токов 14, выход блока фазовой синхронизации 7 соединен с входом блока формирования напряжений 15.The input of the current sensor of network 10 is connected to the terminals of the supply network, the input of the voltage sensor 5 is connected to the terminals of the supply network, the output of the voltage regulator of the storage capacitor 11 is connected to the inputs of the drivers for controlling the power keys of the inverter 2, the input of the voltage regulator of the storage capacitor 11 is connected to the terminals of the storage capacitor 3, the output of the current sensor of the network 10 is connected to the input of the pulse former 9, the output of the current sensor of the network 10 is connected to the input of the voltage regulator of the storage capacitor 11, the output of the sensor to voltage 5 is connected to the input of the phase voltage converter 6, the output of the phase voltage converter 6 is connected to the input of the phase synchronization unit 7, the output of the phase synchronization unit 7 is connected to the input of the phase converter of the reference currents 14, the output of which is connected to the input of the voltage generation unit 15, the output of which is connected with the input of the phase current converter 8, the output of the voltage regulator of the storage capacitor 11 is connected to the input of the phase current converter 8, the output of the phase current converter 8 and the output the voltage regulator of the storage capacitor 11 is connected to the input of the pulse shaper 9, the output of which is connected to the inputs of the drivers for controlling the power keys of the inverter 2, the output of the current sensor of the network 10 is connected to the input of the phase converter of the network currents 13, the output of which is connected to the input of the phase converter of the reference currents 14, output phase synchronization unit 7 is connected to the input of the voltage generation unit 15.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа наличием фазового преобразователя сетевых токов 13, фазового преобразователя опорных токов 14, блока формирования напряжений 15, отсутствием датчика фактического тока фильтра, отсутствием связи между фазовым преобразователем 8 и регулятором напряжения накопительного конденсатора 11, отсутствием связи между датчиком тока сети 10 и формирователем импульсов 9, отсутствием сравнения фактического тока инвертора, тока сети и задания по току регулятора напряжения накопительного конденсатора 11, отсутствием связи между датчиком тока фильтра (в прототипе позиция 12 фиг.1) с формирователем импульсов 9.The proposed device differs from the prototype in the presence of a phase converter of the network currents 13, a phase converter of the reference currents 14, a voltage generation unit 15, the absence of a sensor for the actual filter current, the absence of communication between the phase converter 8 and the voltage regulator of the storage capacitor 11, the absence of communication between the current sensor of the network 10 and pulse shaper 9, the lack of comparison of the actual inverter current, mains current and the current task of the voltage regulator of the storage capacitor 11, from the absence of communication between the filter current sensor (in the prototype, position 12 of figure 1) with the pulse shaper 9.

Измерительные сигналы линейных напряжений искаженной сети от датчика напряжения 5 поступают на вход фазового преобразователя напряжения 6, обрабатывающего поступающие сигналы в соответствии со следующими выражениями:The measuring signals of the linear voltage of the distorted network from the voltage sensor 5 are fed to the input of the phase voltage converter 6, which processes the incoming signals in accordance with the following expressions:

uα=(2·uab+ubc)/3,u α = (2 u ab + u bc ) / 3,

u β = u b c / 3

Figure 00000001
, u β = u b c / 3
Figure 00000001
,

где uab, ubc - измеренные линейные напряжения искаженной сети; uα, uβ - преобразованные линейные напряжения искаженной сети в системе координат αβ0. Фазовые преобразования позволяют определить угол φ между изображающим вектором искаженного напряжения сети и его проекцией на ось α. Характер изменения и величина угла φ содержат информацию об уровне искажения, присутствующих высших гармониках и фазовом сдвиге напряжения и тока компенсируемой сети.where u ab , u bc are the measured linear voltages of the distorted network; u α , u β are the transformed linear voltages of the distorted network in the coordinate system αβ0. Phase transformations make it possible to determine the angle φ between the image vector of the distorted network voltage and its projection onto the α axis. The nature of the change and the angle φ contain information about the level of distortion, the higher harmonics present and the phase shift of the voltage and current of the compensated network.

Выходные сигналы uα, uβ фазового преобразователя напряжения 6 поступают на вход блока фазовой синхронизации 7, который выполняет подстройку направляющих косинусов и синусов угла φ так, чтобы полученная в результате этого величина φ′ соответствовала синусоидальной форме кривых напряжения сети. Исходные направляющие косинусы и синусы определяются следующим образом:The output signals u α , u β of the phase voltage converter 6 are fed to the input of the phase synchronization unit 7, which adjusts the direction cosines and sines of the angle φ so that the resulting value φ ′ corresponds to the sinusoidal shape of the network voltage curves. The initial guide cosines and sines are defined as follows:

cosφ=uα/usm;cosφ = u α / u sm ;

sinφ=uβ/usm; (2)sinφ = u β / u sm ; (2)

u s m = u α 2 + u β 2 .

Figure 00000002
u s m = u α 2 + u β 2 .
Figure 00000002

Далее полученные значения cosφ и sinφ подстраиваются блоком фазовой синхронизации 7 до величин cosφ′ и sinφ′, соответствующих синусоидальной форме кривых напряжений сети.Further, the obtained values of cosφ and sinφ are adjusted by the phase synchronization unit 7 to the values cosφ ′ and sinφ ′ corresponding to the sinusoidal shape of the network voltage curves.

Измерительные сигналы фазных токов компенсируемой сети ia, ib, ic от датчика тока сети 10 поступают на вход фазового преобразователя сетевых токов 13, обрабатывающего поступающие сигналы в соответствии со следующими выражениями:The measuring signals of the phase currents of the compensated network i a , i b , i c from the current sensor of the network 10 are fed to the input of the phase converter of the network currents 13, which processes the incoming signals in accordance with the following expressions:

i α = 2 3 i a 1 3 ( i b + i c ) ;

Figure 00000003
i α = 2 3 i a - one 3 ( i b + i c ) ;
Figure 00000003

i β = 3 3 ( i b i c ) , ( 2 )

Figure 00000004
i β = 3 3 ( i b - i c ) , ( 2 )
Figure 00000004

После этого выходные сигналы cosφ′ и sinφ′ блока фазовой синхронизации 7 и выходные сигналы iα и iβ фазового преобразователя сетевых токов 13 поступают на вход фазового преобразователя опорных токов 14, который осуществляет обработку входных сигналов в соответствии со следующими выражениями:After that, the output signals cosφ ′ and sinφ ′ of the phase synchronization unit 7 and the output signals i α and i β of the phase converter of the network currents 13 are input to the phase converter of the reference currents 14, which processes the input signals in accordance with the following expressions:

id=iαcosφ′+iβsinφ′;i d = i α cosφ ′ + i β sinφ ′;

iq=iβcosφ′-iαsinφ′. (3)i q = i β cosφ′-i α sinφ ′. (3)

Далее выходные сигналы id и iq фазового преобразователя опорных токов 14 вместе с выходным сигналом задания по току iз от регулятора 11 и выходными сигналами cosφ′ и sinφ′ блока фазовой синхронизации 7 подаются на вход блока формирования напряжений 15, который осуществляет обработку входных сигналов в соответствии со следующими выражениями:Next, the output signals i d and i q of the phase converter of the reference currents 14 together with the output signal of the current reference i s from the controller 11 and the output signals cosφ ′ and sinφ ′ of the phase synchronization unit 7 are fed to the input of the voltage generation unit 15, which processes the input signals in accordance with the following expressions:

uα=(-K1·(iз-id)/ΔT+ωk·Lд·iq+Um)cosφ′-(K2iq/ΔT-ωk·Lд·id)sinφ′;u α = (- K 1 · (i s -i d ) / ΔT + ω k · L d · i q + U m ) cosφ ′ - (K 2 i q / ΔT-ω k · L d · i d ) sinφ ′;

uβ=(-K1·(iз-id)/ΔT+ωk·Lд·iq+Um)sinφ′+(K2iq/ΔT-ωk·Lд·id)cosφ′, (4)u β = (- K 1 · (i s -i d ) / ΔT + ω k · L d · i q + U m ) sinφ ′ + (K 2 i q / ΔT-ω k · L d · i d ) cosφ ′, (4)

где K1, K2, ΔT, Lд, ωk, Um - параметры блока формирования напряжений 15, величины которых определяются в зависимости от параметров компенсируемой сети.where K 1 , K 2 , ΔT, L d , ω k , U m are the parameters of the voltage generating unit 15, the values of which are determined depending on the parameters of the compensated network.

После этого выходные сигналы блока формирования напряжений 15 uα и uβ поступают на вход фазового преобразователя тока 8, который осуществляет обработку входных сигналов в соответствии со следующими выражениями:After that, the output signals of the voltage generating unit 15 u α and u β are fed to the input of the phase current transformer 8, which processes the input signals in accordance with the following expressions:

ua=uα;u a = u α ;

u b = ( 3 u β u α ) / 2 ; ( 5 )

Figure 00000005
u b = ( 3 u β - u α ) / 2 ; ( 5 )
Figure 00000005

u c = ( 3 u β u α ) / 2

Figure 00000006
. u c = ( - 3 u β - u α ) / 2
Figure 00000006
.

Далее выходные сигналы ua, ub, uc фазового преобразователя тока 8 вместе с сигналом задания по току от регулятора 11 iз поступают на вход формирователя импульсов 9, выполненного на основе релейных регуляторов.Next, the output signals u a , u b , u c of the phase current converter 8 together with the current reference signal from the controller 11 i s are fed to the input of the pulse shaper 9, made on the basis of relay controllers.

Регулятор 11 также контролирует уровень напряжения накопительного конденсатора 3 у заданной величины и дает сигнал на силовые ключи инвертора 2 для подзарядки конденсатора 3, если фактическое напряжение ниже задания. Сравнивая заданную и фактическую величины напряжения накопительного конденсатора 3 с учетом величины искаженного тока сети от датчика 10, регулятор 11 формирует сигнал задания по току заряда iз для инвертора. Регулятор 11, обладая высоким быстродействием, которое позволяет отрабатывать резкие изменения тока нелинейной нагрузки длительностью от единиц до десятков микросекунд, обеспечивает запас величины напряжения конденсатора 3 в случае внезапного изменения режима работы нелинейной нагрузки, приводящего к увеличению потребляемого ею искаженного тока и, как следствие, к росту величины необходимого компенсационного тока. Регулятор 11 имеет верхний и нижний пределы ограничения, не позволяющие устройству работать в режиме длительной перегрузки.The controller 11 also controls the voltage level of the storage capacitor 3 at a given value and gives a signal to the power switches of the inverter 2 to recharge the capacitor 3 if the actual voltage is lower than the reference. Comparing the set and actual values of the voltage of the storage capacitor 3, taking into account the magnitude of the distorted current of the network from the sensor 10, the controller 11 generates a reference signal for the charge current i s for the inverter. The controller 11, having high speed, which allows you to process sudden changes in the current of a nonlinear load lasting from units to tens of microseconds, provides a margin of the voltage of the capacitor 3 in the event of a sudden change in the operating mode of the nonlinear load, which leads to an increase in the distorted current consumed by it and, as a result, increase in the value of the required compensation current. The controller 11 has upper and lower limits, which do not allow the device to operate in continuous overload mode.

Изменение ширины и частоты гистерезиса релейных регуляторов формирователя импульсов в предлагаемом устройстве позволяет обеспечить режим работы инвертора с переменной частотой ШИМ, требуемую точность отработки задания по компенсационному току при сохранении уровня быстродействия, достаточного для отслеживания динамических изменений режима работы большинства типов нелинейной нагрузки, контролировать непрерывное изменение спектра генерируемого компенсационного тока.Changing the width and frequency of the hysteresis of the relay controllers of the pulse shaper in the proposed device allows us to provide the operating mode of the inverter with a variable PWM frequency, the required accuracy of working out the task for the compensation current while maintaining a speed level sufficient to track dynamic changes in the operating mode of most types of non-linear loads, and to monitor continuous spectrum change generated compensation current.

С увеличением частоты гистерезиса релейных регуляторов растет точность отработки задания по компенсационному току инвертора. Величина ширины гистерезиса релейных регуляторов Δi определяет частоту ШИМ инвертора.With an increase in the hysteresis frequency of relay controllers, the accuracy of working out the task for the inverter compensation current increases. The hysteresis width of the relay controllers Δi determines the frequency of the PWM inverter.

Динамическое изменение режима работы компенсируемой нелинейной нагрузки и генерируемого ею гармонического спектра делает неэффективным использование других типов регуляторов для формирования импульсов управления ключами инвертора в данном способе.The dynamic change in the operating mode of the compensated non-linear load and the harmonic spectrum generated by it makes it inefficient to use other types of controllers to generate control pulses of the inverter keys in this method.

Наличие фазового преобразователя сетевых токов 13, фазового преобразователя опорных токов 14 и блока формирования напряжений 15 позволяет осуществлять коррекцию коэффициента мощности сети по основной составляющей.The presence of the phase converter of the network currents 13, the phase converter of the reference currents 14 and the voltage generation unit 15 allows for the correction of the power factor of the network according to the main component.

Аппаратная реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.The hardware implementation of the proposed device can be carried out using existing power electrical, electronic and microprocessor devices with proper selection and configuration of the relevant parameters.

Claims (1)

Устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети, содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом контроллер системы управления снабжен датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора, причем вход датчика тока сети соединен с зажимами питающей сети, вход датчика напряжения соединен с зажимами питающей сети, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора, вход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с зажимами накопительного конденсатора, выход датчика тока сети соединен с входом регулятора напряжения накопительного конденсатора, выход датчика напряжения соединен с входом фазового преобразователя напряжения, выход фазового преобразователя напряжения соединен с входом блока фазовой синхронизации, выход формирователя импульсов соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора, выход фазового преобразователя тока и выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединены с входом формирователя импульсов, отличающееся тем, что оно снабжено фазовым преобразователем сетевых токов, фазовым преобразователем опорных токов и блоком формирования напряжения, при этом выход блока фазовой синхронизации соединен с входом фазового преобразователя опорных токов, выход которого соединен с входом блока формирования напряжений, выход которого соединен с входом фазового преобразователя тока, выход блока фазовой синхронизации соединен с входом блока формирования напряжений, выход датчика тока сети соединен с входом фазового преобразователя сетевых токов, выход которого соединен с входом фазового преобразователя опорных токов, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входом блока формирования напряжений. A device for compensating higher harmonics and correcting the power factor of the network, containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a controller of the control system, while the controller of the control system is equipped with a network current sensor, voltage sensor, pulse shaper based on relay controllers with variable hysteresis width, phase current and voltage converters, phase synchronization unit, voltage regulator of the storage capacitor, and the input of the network current sensor connected to the terminals of the supply network, the input of the voltage sensor is connected to the terminals of the supply network, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the inputs of the inverter power switch drivers, the input of the storage capacitor voltage regulator is connected to the terminals of the storage capacitor, the output of the network current sensor is connected to the input of the storage voltage regulator capacitor, the output of the voltage sensor is connected to the input of the phase voltage converter, the output of the phase voltage converter the connection is connected to the input of the phase synchronization unit, the output of the pulse shaper is connected to the inputs of the inverter power switch drivers, the output of the phase current converter and the output of the storage capacitor voltage regulator are connected to the input of the pulse shaper, characterized in that it is equipped with a phase converter of network currents, a phase reference converter currents and a voltage generation unit, while the output of the phase synchronization unit is connected to the input of the phase converter of the reference currents c, the output of which is connected to the input of the voltage generation unit, the output of which is connected to the input of the phase current converter, the output of the phase synchronization unit is connected to the input of the voltage generation unit, the output of the network current sensor is connected to the input of the phase current converter, the output of which is connected to the input of the phase converter reference currents, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the input of the voltage generation unit.
RU2013119660/07A 2013-04-26 2013-04-26 Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio RU2512886C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119660/07A RU2512886C1 (en) 2013-04-26 2013-04-26 Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119660/07A RU2512886C1 (en) 2013-04-26 2013-04-26 Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2512886C1 true RU2512886C1 (en) 2014-04-10

Family

ID=50438975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119660/07A RU2512886C1 (en) 2013-04-26 2013-04-26 Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2512886C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184273U1 (en) * 2018-06-08 2018-10-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Device harmonic current suppression
RU198721U1 (en) * 2020-03-03 2020-07-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2169978C2 (en) * 1999-04-05 2001-06-27 Дальневосточный государственный университет путей сообщения Automatic reactive-power control device
RU2354035C1 (en) * 2008-03-17 2009-04-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Transformer block - synchronous motor
RU2413350C1 (en) * 2009-12-14 2011-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
EP2416561A1 (en) * 2009-04-01 2012-02-08 Hamamatsu Photonics K.K. Solid imaging element and production method therefor, radiation imaging device and production method therefor, and inspection method for solid imaging element
RU2446536C1 (en) * 2010-11-30 2012-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2169978C2 (en) * 1999-04-05 2001-06-27 Дальневосточный государственный университет путей сообщения Automatic reactive-power control device
RU2354035C1 (en) * 2008-03-17 2009-04-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Transformer block - synchronous motor
EP2416561A1 (en) * 2009-04-01 2012-02-08 Hamamatsu Photonics K.K. Solid imaging element and production method therefor, radiation imaging device and production method therefor, and inspection method for solid imaging element
RU2413350C1 (en) * 2009-12-14 2011-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
RU2446536C1 (en) * 2010-11-30 2012-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184273U1 (en) * 2018-06-08 2018-10-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Device harmonic current suppression
RU198721U1 (en) * 2020-03-03 2020-07-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2446536C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
US9812862B2 (en) Paralleling of active filters with independent controls
CN102891614B (en) Improved dead-beat control method for pulse width modulation (PWM) rectifier at unbalance of voltage of power grid
RU2354025C1 (en) Method for high harmonics compensation and system power factor correction
RU2514439C2 (en) Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive
RU2675620C1 (en) Method of managing power of static compensator of reactive power, operating in network of sinusoidal ac voltage
KR101699174B1 (en) Microgrid capable inverter device and method of controlling same
JP2001506385A (en) Flicker controller using voltage source converter
JP2016185018A (en) System voltage suppression controller and system voltage suppression control method
EP0610058B1 (en) Device for suppressing voltage fluctuation and higher harmonics
RU176107U1 (en) HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
RU2619919C1 (en) Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive
RU186406U1 (en) REACTIVE AUTOMATIC COMPENSATION DEVICE
RU2413350C1 (en) Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
RU2512886C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU2674166C1 (en) Method of compensation of higher harmonics and improving the quality of consumed power energy
RU2573599C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry
RU128031U1 (en) HARMONIC CURRENT COMPENSATION AND REACTIVE POWER DEVICE
RU2741061C1 (en) Multi-level active filter control system
RU2522036C2 (en) Method for control of three-phase voltage inverter with current stabilisation at transfer to overload mode
RU198721U1 (en) DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR
JPH04248369A (en) Method and device for symmetrizing three phase system
RU2420848C1 (en) Three-phase compensator of reactive power
Radionova et al. Mathematical description of AFE rectifier closed loop system
JP2001512956A (en) Method and apparatus for improving current quality in superimposed networks

Legal Events

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

Effective date: 20180427