RU2578171C1 - Преобразователь с конфигурацией треугольника - Google Patents

Преобразователь с конфигурацией треугольника Download PDF

Info

Publication number
RU2578171C1
RU2578171C1 RU2014128803/07A RU2014128803A RU2578171C1 RU 2578171 C1 RU2578171 C1 RU 2578171C1 RU 2014128803/07 A RU2014128803/07 A RU 2014128803/07A RU 2014128803 A RU2014128803 A RU 2014128803A RU 2578171 C1 RU2578171 C1 RU 2578171C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converter
harmonic
harmonics
switching modules
series
Prior art date
Application number
RU2014128803/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Доминик ШУСТЕР
Херберт ГАМБАХ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
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 Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Application granted granted Critical
Publication of RU2578171C1 publication Critical patent/RU2578171C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4216—Arrangements for improving power factor of AC input operating from a three-phase input voltage
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • 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
    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в том числе к преобразователю (10) для трехфазного напряжения с тремя электрически включенными в треугольник последовательными соединениями (R1, R2, R3), каждое из которых содержит по меньшей мере два последовательно включенных переключающих модуля (SM), и управляющим устройством (30), соединенным с переключающими модулями (SM), которое может управлять переключающими модулями (SM) таким образом, что в последовательных соединениях (R1, R2, R3) протекают токи ветвей с основной частотой трехфазного напряжения и с по меньшей мере одной дополнительной гармоникой тока, причем дополнительная гармоника тока рассчитана таким образом, что она протекает в последовательных соединениях (R1, R2, R3) преобразователя (10) по контуру и остается в преобразователе. Технический результат - уменьшение размаха пульсаций энергии в преобразовательных ветвях. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к преобразователю с конфигурацией треугольника для трехфазного напряжения. Преобразователи с конфигурацией треугольника могут, например, использоваться для компенсации реактивной мощности, гармоник и фликкер-эффекта.
Преобразователь для трехфазного напряжения описан, например, в публикации "SVC PLUS: An MMC STATCOM for Network and Grid Access Applications" (М. Pereira et al., 2011 IEEE Trondheim Power Tech). Этот известный преобразователь используется в качестве компенсатора.
Во время работы преобразователя с конфигурацией треугольника в известных в настоящее время способах регулирования и управления возникает пульсация энергии в преобразовательных ветвях преобразователя.
В основе изобретения лежит задача обеспечить преобразователь с конфигурацией треугольника, в которой размах энергии этой пульсации энергии может быть уменьшен по сравнению с обычными преобразователями.
Эта задача в соответствии с изобретением достигается преобразователем с признаками п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления преобразователя согласно изобретению раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно этому в соответствии с изобретением предусмотрен преобразователь с тремя электрически включенными в треугольник последовательными соединениями, каждое из которых содержит по меньшей мере два последовательно включенных переключающих модуля, и управляющим устройством, соединенным с переключающими модулями, которое может управлять переключающими модулями таким образом, что в последовательных соединениях протекают токи ветвей с основной частотой трехфазного напряжения и с по меньшей мере одной дополнительной гармоникой тока, причем дополнительная гармоника тока рассчитана таким образом, что она протекает в последовательных соединениях преобразователя по контуру и остается внутри преобразователя.
Существенное преимущество соответствующего изобретению преобразователя состоит в том, что в нем, в отличие от известных преобразователей, размах энергии за счет ввода дополнительных гармоник тока может быть снижен. Это поясняется далее более подробно. В квазистационарном состоянии сумма энергии, накопленной в конденсаторах каждой ветви, пульсирует относительно средней энергии ветви, обусловленной расчетом, а также управлением/регулированием преобразователя. В течение каждого периода каждая ветвь преобразователя имеет, таким образом, момент времени, в который сумма энергии, накопленной в ветви, максимальна и является большей, чем ее временное среднее значение. Также в течение каждого периода сетевого напряжения возникает момент времени, в который сумма энергии, накопленной в ветви, минимальна и является меньшей, чем ее временное среднее значение. Разность между максимальной и минимальной энергией ветви, то есть размах энергии, задается при квазистационарном и симметричном рассмотрении рабочей точкой преобразователя. Предусмотренные в соответствии с изобретением дополнительные гармоники тока могут простым и выгодным образом снижать размах энергии, не проявляясь при этом внешним образом и не создавая помех, так как они в соответствии с изобретением протекают по контуру, так что они не могут выходить из преобразователя на его выходные выводы.
Преобразователи с конфигурацией треугольника в общем случае, в противоположность другим преобразователям в мостовой конфигурации, не могут в стационарном режиме работы передавать или преобразовывать действительную мощность (не считая их собственную мощность потерь). Поэтому в качестве предпочтительного рассматривается, когда такой преобразователь используется для компенсации реактивной мощности, гармоник или фликкер-эффекта. Иными словами, в случае такого преобразователя, речь идет предпочтительным образом о компенсаторе, в частности компенсаторе реактивной мощности, гармоник или фликкер-эффекта, или о составной части такого компенсатора.
Особенно предпочтительным образом такой преобразователь представляет собой каскадный полномостовой преобразователь.
В отношении конструкции преобразователя, в качестве предпочтительного рассматривается, если преобразователь содержит модуль определения гармоник, который на основе соответствующего рабочего состояния преобразователя определяет по меньшей мере одну дополнительную гармонику тока, причем дополнительная гармоника тока рассчитывается таким образом, что она в последовательных соединениях преобразователя протекает по контуру и остается в преобразователе, и при этом управляющее устройство управляет переключающими модулями таким образом, что по меньшей мере одна дополнительная гармоника тока, определенная модулем определения гармоник, протекает в последовательных соединениях преобразователя по контуру.
Дополнительные гармоники тока предпочтительным образом рассчитываются по их величине и фазовому положению таким образом, что размах энергии в каждом из последовательных соединений меньше, чем без дополнительных гармоник тока.
Каждый из переключающих модулей предпочтительным образом содержит по меньшей мере четыре транзистора и конденсатор.
В качестве изобретения также рассматривается способ работы преобразователя для трехфазного напряжения с тремя электрически включенными в треугольник последовательными соединениями, каждое из которых содержит по меньшей мере два последовательно включенных переключающих модуля.
В соответствии с изобретением в отношении такого способа предусмотрено, что переключающие модули управляются таким образом, что в последовательных соединениях протекают токи ветвей с основной частотой трехфазного напряжения и заданной величиной и/или заданной временной характеристикой, на основе соответствующего рабочего состояния преобразователя определяется по меньшей мере одна дополнительная гармоника тока, причем дополнительная гармоника тока рассчитывается таким образом, что она протекает в последовательных соединениях преобразователя по контуру и остается в преобразователе, и переключающие модули управляются таким образом, что соответственно определенная по меньшей мере одна дополнительная гармоника тока протекает в последовательных соединениях по контуру.
В отношении преимуществ соответствующего изобретению способа можно сослаться на обсужденные выше преимущества соответствующего изобретению преобразователя, так как преимущества соответствующего изобретению преобразователя по существу соответствуют таковым для соответствующего изобретению способа.
В качестве предпочтительного рассматривается, если дополнительные гармоники тока рассчитываются по их величине и фазовому положению таким образом, что размах энергии в каждом из последовательных соединений меньше, чем без дополнительных гармоник тока.
Предпочтительным образом, один или более токов гармоник, частота которых соответствует делимому на три кратному значению основной или сетевой частоты трехфазного напряжения, вводятся в токи ветвей последовательных соединений (R1, R2, R3).
Также в качестве предпочтительного рассматривается, если к преобразователю прикладываются одно или более напряжений гармоник, частота которых соответствует делимой на три гармонике основной или сетевой частоты трехфазного напряжения.
Особенно предпочтительным образом с помощью преобразователя выполняется компенсация, в частности компенсация реактивной мощности, гармоники или фликкер-эффекта.
Изобретение поясняется более подробно со ссылкой на примеры выполнения; при этом в качестве примера на чертежах представлено следующее:
Фиг. 1 - первый пример выполнения соответствующего изобретению преобразователя с управляющим устройством и с соединенным с управляющим устройством модулем определения гармоник,
Фиг. 2 - схематичное представление гармоник тока, протекающих по контуру в преобразователе согласно фиг. 1,
Фиг. 3 - токи, протекающие в преобразователе согласно фиг. 1, и приложенные напряжения при работе преобразователя без модуля определения гармоник,
Фиг. 4 - токи, протекающие в преобразователе согласно фиг. 1, и приложенные напряжения при работе модуля определения гармоник, то есть с протекающими в контуре дополнительными гармониками тока,
Фиг. 5 - пример выполнения переключающего модуля для преобразователя согласно фиг. 1,
Фиг. 6 - второй пример выполнения преобразователя, соответствующего изобретению, в котором модуль определения гармоник реализован в управляющем устройстве,
Фиг. 7 - третий пример выполнения преобразователя, соответствующего изобретению, в котором модуль определения гармоник образован посредством модуля программного обеспечения, и
Фиг. 8 - четвертый пример выполнения преобразователя, соответствующего изобретению, в котором модуль определения гармоник непосредственно обрабатывает сигналы измерений или данные измерений.
На чертежах для ясности одинаковые или аналогичные компоненты всегда обозначаются теми же ссылочными позициями.
Фиг. 1 показывает трехфазный преобразователь 10 для трехфазного напряжения. Фазные напряжения трехфазного напряжения на фиг. 1 обозначены ссылочными позициями U1(t), U2(t) и U3(t). Вызванные фазными напряжениями U1(t), U2(t) и U3(t) фазные токи обозначены ссылочными позициями I1(t), I2(t) и I3(t).
Преобразователь 10 содержит три электрически соединенных в треугольник последовательных соединения R1, R2, R3, каждое из которых содержит по меньшей мере два последовательно соединенных переключающих модуля SМ и индуктивность L.
С переключающими модулями SM соединено управляющее устройство 30, которое может управлять переключающими модулями SM посредством индивидуальных для переключающих модулей управляющих сигналов ST(SM) таким образом, что в последовательных соединениях R1, R2, R3 протекают токи Iz12(t), Iz31(t) и Iz23(T) ветвей с основной частотой трехфазного напряжения и дополнительные гармоники тока. Как будет объяснено ниже более подробно, дополнительные гармоники тока могут рассчитываться так, что они протекают в последовательных соединениях R1, R2, R3 преобразователя 10 по контуру и остаются в преобразователе 10 и не вводятся в фазные токи I1(t), I2(t) и I3(t).
Для формирования дополнительных гармоник тока, преобразователь 10 имеет модуль 40 определения гармоник, который на основе соответствующего рабочего состояния преобразователя для каждого из последовательных соединений R1, R2, R3 определяет соответственно по меньшей мере одну дополнительную гармонику тока.
Управляющее устройство 30 соединено через отдельные линии управления с каждым из переключающих модулей SM трех последовательных соединений R1, R2, R3. Соединительные линии не показаны на фиг. 1 для ясности. Для управления переключающими модулями SM, управляющее устройство 30 генерирует управляющие сигналы ST(SM), которые передаются через линии управления (не показаны) на переключающие модули.
Для определения оптимальных управляющих сигналов ST(SM), управляющее устройство 30 нагружается на входной стороне множеством сигналов измерений и/или данных измерений. Например, речь идет о сигналах измерений и/или данных измерений, которые задают переменные напряжения U1(t), U2(t) и U3(t), приложенные к преобразователю, протекающие фазные токи I1(t), I2(t) и I3(t) и/или токи Iz12(t), Iz23(t) и Iz31(T) ветвей.
Кроме того, управляющее устройство 30, - например, с помощью вышеупомянутых линий управления или других сигнальных линий - таким образом соединено с переключающими модулями SM трех последовательных соединений R1, R2, R3, что данные Zd(SM) состояния, описывающие соответствующее состояние переключающих модулей, могут передаваться на управляющее устройство 30.
Управляющее устройство 30, таким образом, знает, на основе приложенных на входе данных, какие напряжения и токи присутствуют, а также, в каком рабочем состоянии находятся отдельные переключающие модули SM трех последовательных соединений R1, R2 и R3.
На основе приложенных на входной стороне сигналов измерений и/или данных измерений и приложенных на входной стороне данных состояния, управляющее устройство 30 может управлять переключающими модулями SM таким образом, что достигается желательное поведение преобразователя, например желательный режим компенсации, в частности желательный режим компенсации реактивной мощности, гармоники или фликкер-эффекта.
Для того чтобы выполнять описанные задачи управления, управляющее устройство 30 может, например, включать в себя вычислительное устройство (например, в форме устройства обработки данных или компьютера) 31, которое запрограммировано таким образом, что оно в зависимости от приложенных на входной стороне сигналов измерений, данных измерений или данных состояния определяет соответствующее оптимальное управление переключающими модулями SM и таким образом формирует необходимые для управления управляющие сигналы ST(SM). Соответствующая управляющая программа (или модуль управляющей программы) PR1 для управления вычислительным устройством может быть сохранена в памяти 32, находящейся в управляющем устройстве 30.
Вышеупомянутый модуль 40 определения гармоник получает от управляющего устройства 30 через линию управления данные BZ рабочего состояния, которые описывают рабочее состояние преобразователя 10. Модуль 40 определения гармоник генерирует, в зависимости от данных BZ рабочего состояния, данные OS содержания гармоник, которые для каждого из трех последовательных соединений R1, R2 и R3 определяют соответственно по меньшей мере одну дополнительную гармонику тока, которая должна дополнительно протекать в соответствующем последовательном соединении R1, R2 и R3.
Управляющее устройство 30 обрабатывает полученные от модуля 40 определения гармоник данные OS содержания гармоник и изменяет управление переключающими модулями SM последовательных соединений R1, R2 и R3 с помощью управляющих сигналов ST(SM) таким образом, что в последовательных соединениях протекают не только те токи ветвей, которые требовались бы для желательного режима работы преобразователя, но и в дополнение протекают также дополнительные гармоники тока, которые должны определяться модулем 40 определения гармоник.
Дополнительные гармоники тока, которые определяются модулем 40 определения гармоник, рассчитаны относительно их величины и фазового положения таким образом, что дополнительные гармоники тока протекают в трех последовательных соединениях R1, R2 и R3 по контуру. Это схематично показано на фиг. 2.
Из фиг. 2 можно видеть, что дополнительные гармоники Izos тока протекают только внутри трех последовательных соединений R1, R2 и R3 и не покидают преобразователь.
Дополнительные гармоники Izos тока перекрываются с «необходимыми» для работы преобразователя 10 токами ветвей в последовательных соединениях R1, R2 и R3 таким образом, что размах ΔW энергии в каждом из трех последовательных соединений R1, R2 и R3 становится меньше, чем это было бы без дополнительных гармоник Izos тока. Это детально показано на фиг. 3 и 4.
На фиг. 3 и 4 переменная UΣSM(t) обозначает для примера напряжение на одной из групп переключающих модулей одного из последовательных соединений R1, R2 или R3, Iz(t) - ток ветви, протекающий через соответствующую группу переключающих модулей, Р(t) - результирующую мощность в соответствующей группе переключающих модулей и ∫P(t)dt - соответствующий интеграл по мощности, из которого получается соответствующий размах ΔW энергии.
На фиг. 3 показаны характеристики без дополнительных гармоник Izos тока, то есть случай, когда в последовательных соединениях R1, R2 и R3 протекают только те токи ветвей, которые необходимы для преобразования.
На фиг. 4 показаны характеристики для идентичной рабочей точки с дополнительными гармониками Izos тока, то есть случай, когда токи ветвей модулируются гармоникам тока посредством соответствующего управления переключающих модулей SM. Видно, что размах ΔW энергии из-за дополнительных гармоник тока меньше, чем это имеет место без соответствующих гармоник тока (см. фиг. 3).
На фиг. 5 показан пример выполнения для переключающего модуля SM. Переключающий модуль SM включает в себя четыре транзистора T1-T4, четыре диода D и конденсатор C, на котором падает напряжение Uc конденсатора. Для управления, один из транзисторов (здесь транзистор Т2) нагружается управляющим напряжением USM управляющего устройства 30 согласно фиг. 1.
Способ работы модуля 40 определения гармоник согласно фиг. 1 будет пояснен более подробно ниже.
Размах ΔW энергии в квазистационарном состоянии зависит только от частоты и амплитуды системы переменного напряжения, а также от фазового угла, частоты и амплитуды токов в системе переменного напряжения. Для последовательного соединения R1 на фиг. 1, например, для случая использования чисто в качестве компенсатора реактивной мощности и пренебрегая потерями преобразователя справедливо:
Figure 00000001
При
Figure 00000002
Описанная пульсация энергии в симметричном квазистационарном состоянии будет протекать во всех ветвях преобразователя идентично, но со сдвигом фазы. Из этого следует пульсация разности энергий двух ветвей, "разность энергий ветвей". Временная характеристика разности энергий двух ветвей тогда зависит непосредственно от временной характеристики энергии ветви, а также сдвига фаз напряжений и токов на отводе переменного напряжения ветвей.
Энергия, накопленная в ветви, распределяется предпочтительно равномерно в среднем по времени на конденсаторах переключающих модулей соответствующей ветви. Таким образом, напряжения конденсаторов переключающих модулей ветви поддерживаются примерно равными.
Отдельные конденсаторы рассчитаны на определенное максимальное напряжение Umax. Отсюда следует максимально накапливаемая в ветви энергия Wmax, которая зависит от количества подмодулей N в ветви, а также емкости С отдельных подмодулей.
Figure 00000003
При превышении максимальной энергии Wmax, преобразователь должен быть выключен из-за риска его разрушения.
Существует также нижний предел для энергии ветви, он следует из напряжения UΣSM(t), предоставляемого набором модулей.
Figure 00000004
, при k<1 для всех t (6)
Глубина модуляции k обязательно меньше единицы, ее конкретное значение вытекает из качества регулирования преобразователя и требований к его режиму регулирования. Если минимальная энергия снижается, преобразователь больше не может выполнять регулирование.
При коротких замыканиях и других неисправностях, на клеммах преобразователя большое количество энергии должно приниматься из отдельных ветвей или отдаваться в них. Этот факт вытекает из требований подключенных сетей или систем для соответствующей требованиям обработки возникающих больших токов.
Минимальная энергия Wmin+res ветви тем самым задается и соответствует минимально необходимой для поддержания способности регулирования энергии Wmin ветви плюс энергию Wres,neg, отдаваемую в наихудшем случае, в случае ошибки.
Figure 00000005
Энергия Wmax, максимально накапливаемая в ветви преобразователя, также физически задается. Первоначально, это сумма вышеуказанной минимальной энергии Wmin+res плюс максимальный размах ΔW энергии, возникающий в нормальном режиме. К ней должна добавляться резервная энергия Wres,pos для случаев неисправностей, которые увеличивают энергию ветви:
Wmax=ΔWmax+Wmin+res+Wres,pos (8)
Как уже упоминалось выше, отдельные конденсаторы в переключающих модулях ветвей преобразователя специфицированы для определенного максимального напряжения UC,max. Отсюда следует максимально накапливаемая в ветви энергия, которая зависит от количества переключающих модулей N в ветви. При этом для N и емкости конденсаторов С переключающего модуля должно быть справедливым, что энергия ветви, возникающая при работе или в случае неисправности преобразователя, всегда меньше, чем максимально сохраняемая в ветви энергия:
Figure 00000006
При несоблюдении этого условия преобразователь должен был бы отключаться, так как он в противном случае был бы разрушен.
Можно видеть, что тем самым специфицированный режим работы с наибольшим размахом энергии задает минимальное число модулей и емкость модуля преобразователя. За счет уменьшения максимального размаха энергии, как это достигается посредством модуля 40 определения гармоник, тем самым может достигаться уменьшение количества модулей в каждой ветви преобразователя и снижение расходов на установку.
В преобразователе, каждый переключающий модуль обтекается токами ветви. Поэтому за счет уменьшения количества модулей также возможно соответствующее уменьшение потерь преобразователя.
В качестве побочного эффекта, снижение количества модулей может также оказывать положительное влияние на распределение потерь проводимости полупроводников отдельных переключающих модулей, и, таким образом, обеспечиваются несколько более высокие токи ветвей, то есть более высокие мощности преобразователя.
Чтобы сформировать описанные гармоники, протекающие по контуру, предпочтительным образом делимые на три токи гармоник (по отношению к частоте приложенной к преобразователю системы переменного тока согласно фиг. 1) вводятся в токи ветвей. Они образуют синфазный компонент и, следовательно, оказывают идентичное влияние на все ветви. Предпочтительно формируются токи третьей и девятой гармоник.
Для стационарного режима работы преобразователя, например, в качестве исключительно компенсатора реактивной мощности, справедливы приведенные выше формулы (предположения: используется третья гармоника тока, потерями преобразователя пренебрегаем):
Figure 00000007
Посредством тщательного выбора амплитуды и фазового положения одной или более из упомянутых гармоник, характеристика мощности в каждой ветви преобразователя может изменяться таким образом, что устанавливается размах энергии, который меньше, чем без возникновения указанных гармоник, как показано в качестве примера на фиг. 3 и 4. За счет этого возникающая максимальная энергия Wmax снижается. Таким образом, при проектировании преобразователя, количество последовательных переключений и/или емкость С переключающего модуля могут быть уменьшены, тем самым снижая затраты и потери преобразователя.
Вводимые для уменьшения размаха энергии гармоники могут быть определены различными способами. Например, может использоваться управление по параметрической поверхности, которое в зависимости от текущего состояния преобразователя считывает оптимальные параметры гармоник и соответственно осуществляет управление. При этом соответствующая параметрическая поверхность может быть создана различными способами (например, аналитическим расчетом, численной оптимизацией и т.д.). Альтернативно - к примеру, для динамических процессов - может предусматриваться система регулирования, которая самостоятельно регулирует соответствующие гармоники.
Описанный способ расчета и генерации дополнительно вводимых гармоник может выполняться независимо от в остальном обычных способов регулирования/управления мощностью, напряжением, током, балансом энергии, как это управляется или регулируется в примере выполнения согласно фиг. 1 управляющей программой PR1, потому что гармоники накладываются на «нормальные» токи ветвей, которые рассчитываются согласно фиг. 1 с помощью управляющей программы PR1, и модулированные гармоники не оказывают влияния на регулируемые управляющей программой PR1 параметры и условия баланса.
Аналогичным образом, определение и/или генерации гармоник также могут выполняться как составная часть упомянутых регулирований/управлений.
Таким образом, нет никаких дополнительных затрат в потребляющей мощность части преобразователя (измерительных устройствах и т.д.) для реализации генерации гармоник. Она может, например, быть реализована в программном обеспечении и может быть дополнительно установлена без каких-либо аппаратных изменений в существующих системах.
На фиг. 6 показан второй пример выполнения соответствующего изобретению преобразователя 10. Преобразователь согласно фиг. 6 соответствует работе преобразователя согласно фиг. 1. В отличие от этого, модуль 40 определения гармоник реализован в управляющем устройстве 30.
На фиг. 7 показан третий пример выполнения соответствующего изобретению преобразователя 10, в котором модуль 40 определения гармоник образован модулем PR2 программного обеспечения, который хранится в памяти 32 вычислительного устройства 31 управляющего устройства 30. Для определения данных содержания гармоник или для определения дополнительных гармоник тока, которые требуются или предпочтительны для сокращения размаха энергии в последовательных соединениях R1, R2 и R3, вычислительное устройство 31 управляющего устройства 30 должно только вызвать и исполнить модуль PR2 программного обеспечения.
На фиг. 8 показан четвертый пример выполнения соответствующего изобретению преобразователя 10, в котором модуль 40 определения гармоник непосредственно обрабатывает сигналы измерений или данные измерений, которые также обрабатываются управляющим устройством 30. Поэтому модуль 40 определения гармоник может работать независимо от данных рабочего состояния, обеспечиваемых управляющим устройством 30. В остальном, работа модуля 40 определения гармоник и преобразователя 10 соответствует в целом работе преобразователя 10 по фиг. 1.
Вышеописанная модуляция гармониками может осуществляться как в стационарном состоянии, так и в переходных процессах (например, в случае неисправности). На основе лучшей математической представимости, в приведенных выше примерах вычислений было показано квазистационарное состояние. Возможность ввода гармоник в переходном случае, однако, включается в описанные соображения.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано с помощью предпочтительных примеров выполнения, однако изобретение не ограничивается представленным примерами и специалист в данной области техники может получить другие модификации без отклонения от объема защиты изобретения.

Claims (10)

1. Преобразователь (10) для трехфазного напряжения с
- тремя электрически включенными в треугольник последовательными соединениями (R1, R2, R3), каждое из которых содержит по меньшей мере два последовательно включенных переключающих модуля (SM), и
- управляющим устройством (30), соединенным с переключающими модулями (SM), которое выполнено с возможностью управлять переключающими модулями (SM) таким образом, что в последовательных соединениях (R1, R2, R3) протекают токи ветвей с основной частотой трехфазного напряжения и с по меньшей мере одной дополнительной гармоникой тока, причем дополнительная гармоника тока рассчитана таким образом, что она протекает в последовательных соединениях (R1, R2, R3) преобразователя (10) по контуру и остается в преобразователе.
2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что преобразователь (10) образует компенсатор, в частности компенсатор реактивной мощности, гармоник или фликкер-эффекта.
3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что
- преобразователь (10) содержит модуль (40) определения гармоник, который на основе соответствующего рабочего состояния преобразователя определяет по меньшей мере одну дополнительную гармонику тока, причем дополнительная гармоника тока рассчитывается таким образом, что она в последовательных соединениях (R1, R2, R3) преобразователя (10) протекает по контуру и остается в преобразователе, и
- при этом упомянутое управляющее устройство (30) управляет переключающими модулями (SM) таким образом, что по меньшей мере одна дополнительная гармоника тока, определенная модулем (40) определения гармоник, протекает в последовательных соединениях (R1, R2, R3) преобразователя (10).
4. Преобразователь по п. 1 или 3, отличающийся тем, что дополнительные гармоники тока рассчитываются по их величине и фазовому положению таким образом, так что размах (ΔW) энергии в каждом из последовательных соединений (R1, R2, R3) меньше, чем без дополнительных гармоник тока.
5. Преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что каждый из переключающих модулей (SM) содержит по меньшей мере четыре транзистора (Т1-Т4) и конденсатор (С).
6. Способ работы преобразователя для трехфазного напряжения с тремя электрически включенными в треугольник последовательными соединениями (R1, R2, R3), каждое из которых содержит по меньшей мере два последовательно включенных переключающих модуля (SM), отличающийся тем, что
- переключающими модулями (SM) управляют таким образом, что в последовательных соединениях (R1, R2, R3) протекают токи ветвей с основной частотой трехфазного напряжения и заданной величиной и/или заданной временной характеристикой,
- на основе соответствующего рабочего состояния преобразователя определяют по меньшей мере одну дополнительную гармонику тока, причем дополнительную гармонику тока рассчитывают таким образом, что она протекает в последовательных соединениях (R1, R2, R3) преобразователя (10) по контуру и
остается в преобразователе (10), и
- переключающими модулями (SM) управляют таким образом, что в последовательных соединениях (R1, R2, R3) протекает определенная по меньшей мере одна дополнительная гармоника тока.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что
дополнительные гармоники тока рассчитывают по их величине и фазовому положению так, что размах (ΔW) энергии в каждом из последовательных соединений (R1, R2, R3) меньше, чем без дополнительных гармоник тока.
8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что
один или более токов гармоник, частота которых соответствует делимому на три кратному значению основной или сетевой частоты трехфазного напряжения, вводят в токи ветвей последовательных соединений (R1, R2, R3).
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что
к преобразователю (10) прикладывают одно или более напряжений гармоник, частота которых соответствует делимой на три гармонике основной или соответственно сетевой частоты трехфазного напряжения.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что
с помощью преобразователя (10) выполняют компенсацию, в частности компенсацию реактивной мощности, гармоники или фликкер-эффекта.
RU2014128803/07A 2011-12-15 2011-12-15 Преобразователь с конфигурацией треугольника RU2578171C1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2011/072903 WO2013087110A1 (de) 2011-12-15 2011-12-15 Konverter in dreieckskonfiguration

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2578171C1 true RU2578171C1 (ru) 2016-03-20

Family

ID=45463563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014128803/07A RU2578171C1 (ru) 2011-12-15 2011-12-15 Преобразователь с конфигурацией треугольника

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20150069980A1 (ru)
EP (1) EP2766980B1 (ru)
CN (1) CN103999339B (ru)
BR (1) BR112014014611B1 (ru)
ES (1) ES2900730T3 (ru)
IN (1) IN2014KN01145A (ru)
RU (1) RU2578171C1 (ru)
WO (1) WO2013087110A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101935988B1 (ko) 2014-06-13 2019-01-07 지멘스 악티엔게젤샤프트 무효 전력을 출력하기 위한 컨버터, 및 상기 컨버터를 제어하기 위한 방법
WO2017016613A1 (de) * 2015-07-30 2017-02-02 Siemens Aktiengesellschaft Blindleistungseinspeisung in ein wechselspannungsnetz
US10468884B2 (en) * 2015-12-14 2019-11-05 Siemens Aktiengesellschaft Device and method for controlling a load flow in an alternating-voltage network
CN209447712U (zh) 2015-12-14 2019-09-27 西门子股份公司 交流断路器
EP3642947B1 (en) * 2017-06-21 2023-10-11 Hitachi Energy Switzerland AG Control of mmc during fault
EP3665766A1 (en) * 2017-10-27 2020-06-17 ABB Schweiz AG Control of delta-connected converter
WO2019166082A1 (de) 2018-02-28 2019-09-06 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zum steuern eines lastflusses in einem wechselspannungsnetz
WO2021168791A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 Abb Schweiz Ag Apparatus and method for controlling delta-connected cascaded multilevel converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU776582A3 (ru) * 1973-10-12 1980-10-30 Дженерал Электрик Компани (Фирма) Система электропитани нагрузки переменного тока
CN201868889U (zh) * 2010-11-27 2011-06-15 国网南自控股（杭州）有限公司 石油行业无功补偿专用成套装置
WO2011105177A1 (ja) * 2010-02-25 2011-09-01 株式会社日立製作所 電力変換装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2285523B (en) * 1994-01-08 1997-10-15 Gec Alsthom Ltd Improvements in or relating to multilevel convertors
JP3375003B2 (ja) * 1994-02-23 2003-02-10 東洋電機製造株式会社 三相電力変換装置
JP3838092B2 (ja) * 2001-12-20 2006-10-25 富士電機システムズ株式会社 系統連系電力変換装置
JP4029709B2 (ja) * 2002-04-05 2008-01-09 三菱電機株式会社 電力変換装置
US6861897B1 (en) * 2003-08-13 2005-03-01 Honeywell International Inc. Active filter for multi-phase AC power system
CN102210088B (zh) * 2008-11-07 2015-11-25 Abb技术有限公司 链式变换器、启动链式变换器的方法和静态补偿器系统
CA2754960C (en) * 2009-03-11 2016-08-23 Abb Technology Ag A modular voltage source converter
MX2011013519A (es) * 2009-06-18 2012-02-22 Abb Technology Ag Un arreglo para intercambiar potencia.
PL2471164T3 (pl) * 2009-08-28 2015-05-29 Abb Schweiz Ag Moduł komórki konwertera z obejściem autotransformatora, system konwertera źródła napięcia, zawierający taki moduł i sposób sterowania takim systemem
EP2700152B1 (en) * 2011-04-18 2016-03-30 ABB Technology AG Method in a voltage source chain-link converter, computer programs and computer program products

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU776582A3 (ru) * 1973-10-12 1980-10-30 Дженерал Электрик Компани (Фирма) Система электропитани нагрузки переменного тока
WO2011105177A1 (ja) * 2010-02-25 2011-09-01 株式会社日立製作所 電力変換装置
CN201868889U (zh) * 2010-11-27 2011-06-15 国网南自控股（杭州）有限公司 石油行业无功补偿专用成套装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103999339B (zh) 2016-11-09
EP2766980B1 (de) 2021-09-22
EP2766980A1 (de) 2014-08-20
WO2013087110A1 (de) 2013-06-20
IN2014KN01145A (ru) 2015-10-16
BR112014014611B1 (pt) 2020-12-15
US20150069980A1 (en) 2015-03-12
BR112014014611A2 (pt) 2017-06-13
ES2900730T3 (es) 2022-03-18
CN103999339A (zh) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2578171C1 (ru) Преобразователь с конфигурацией треугольника
Nasiri et al. Model predictive control of a multilevel CHB STATCOM in wind farm application using diophantine equations
EP3008792B1 (en) Systems and methods for multi-use multi-mode ups
US9906057B2 (en) Modular multilvel converter and control framework for hybrid energy storage
Naderi et al. An optimized direct control method applied to multilevel inverter for microgrid power quality enhancement
JP6559387B1 (ja) 電力変換装置
Kaymanesh et al. Electric spring using MPUC5 inverter for mitigating harmonics and voltage fluctuations
Li et al. The optimal decentralized coordinated control method based on the H∞ performance index for an AC/DC hybrid microgrid
AU2015267553A1 (en) A multi-function power regulator for prioritizing functions and allocating resources thereof
Acikgoz et al. Performance analysis of electronic power transformer based on neuro-fuzzy controller
Ye et al. Simplified four-level inverter-based dynamic voltage restorer with single DC power source
Zhang et al. A modulized three-port interlinking converter for hybrid AC/DC/DS microgrids featured with a decentralized power management strategy
EP3188356A1 (en) Power conversion device
Abou-Hussein et al. Model predictive control based virtual synchronous generator for parallel-connected three-phase split-source converters in islanded AC Microgrids
Negri et al. Control and fault analysis of multiport converters for low voltage DC distribution systems
CN117155103B (zh) 逆变器功率控制方法及其相关设备
Devi et al. Energy management using battery intervention power supply integrated with single phase solar roof top installations
Wang et al. optimized Operation and Control of Microgrid based on Multi-objective Genetic Algorithm
Pipolo et al. Reactive power control strategies for UNIFLEX-PM Converter
Yallamilli et al. Effective current based inverter loss computation and its application for energy savings in a microgrid environment
Attia et al. A robust FACTS based fuzzy control scheme for dynamic stabilization of generator station
CN113629740A (zh) 飞轮储能系统接入交流电网的功率控制方法及控制装置
Łukasz et al. Control of a Four-wire Hybrid Prosumer Converter for Balancing Utility Grids
Sharma et al. Enhanced modular multi-level converter-based static synchronous compensator with social ski-driver optimized adaptive neuro-fuzzy inference system controller for power quality enhancement
Grimm et al. Predictive control of back-to-back converters with DC-link capacitance minimization

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20211201