RU2647792C1 - Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети - Google Patents

Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети Download PDF

Info

Publication number
RU2647792C1
RU2647792C1 RU2016146139A RU2016146139A RU2647792C1 RU 2647792 C1 RU2647792 C1 RU 2647792C1 RU 2016146139 A RU2016146139 A RU 2016146139A RU 2016146139 A RU2016146139 A RU 2016146139A RU 2647792 C1 RU2647792 C1 RU 2647792C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
output
fed
integrator
traction
Prior art date
Application number
RU2016146139A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Васильевич Литовченко
Алексей Владимирович Невинский
Анатолий Николаевич Савоськин
Ольга Евгеньевна Сидорова
Дмитрий Игоревич Болдин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" МГУПС (МИИТ)
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 образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" МГУПС (МИИТ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" МГУПС (МИИТ)
Priority to RU2016146139A priority Critical patent/RU2647792C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2647792C1 publication Critical patent/RU2647792C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/02—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors
    • B60L9/08—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors fed from ac supply lines
    • 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
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с напряжением тяговой сети заключается в том, что посредством измерительного трансформатора получают сигнал, пропорциональный напряжению тяговой сети. Генераторы гармонических сигналов формируют: один – синусоиду и другой – косинусоиду с периодом, равным периоду напряжения в тяговой сети. Произведение сигнала с выхода трансформатора на сигнал генератора синусоиды подают на первый интегратор, а произведение сигнала с выхода трансформатора на сигнал генератора косинусоиды – на второй интегратор. Сигнал с выхода первого и второго интегратора подают на первый вход первого и второго сумматора соответственно, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода первого и второго интегратора соответственно. Сигналы с выходов первого и второго сумматоров умножают соответственно на сигналы генераторов синусоиды и косинусоиды, произведения суммируют третьим сумматором, получают синхронизирующий сигнал и при переходах его через ноль формируют импульсы синхронизации. Технический результат заключается в повышении точности и надежности синхронизации. 1 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в синхронных системах управления полупроводниковыми преобразователями при сильном искажении формы кривой питающего напряжения, в частности для управления тиристорными выпрямительно-инверторными преобразователями на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети переменного тока.
Уровень техники
Известен способ синхронизации системы управления, заключающийся в том, что измеряют напряжение сети, формируют синхронизирующий сигнал и синхронизирующие импульсы в моменты совпадения синхронизирующего сигнала с заранее заданным фиксирующим уровнем (Элементы информационной электроники систем управления вентильными преобразователями: монография / М.М. Дудкин, Л.И. Цытович. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 362 с.).
Недостатком известного способа синхронизации является его низкая помехоустойчивость к импульсным помехам и коммутационным искажениям со стороны напряжения сети, а также погрешность работы при изменениях амплитуды и частоты сигнала синхронизации.
Известен способ, позволяющий устранить указанные недостатки путем формирования синхронизирующего сигнала, приближенного по фазе к фазе питающего напряжения. Для этого синхронизирующее напряжение с выхода измерительного трансформатора фильтруется, преобразуется в прямоугольные импульсы, и схемой автоматической подстройки фазы осуществляется регулирование фазы синхронизирующего сигнала по усредненному за несколько десятков полупериодов моменту перехода синхронизирующего сигнала через ноль (С.А. Крамсков, Б.М. Наумов, О.Р. Калабухов. Синхронизация систем управления тиристорными преобразователями электровозов переменного тока. В кн. Электровозостроение: Сб. научн. тр. Всесоюз. н.-и., проект.-конструк. и технол. ин-т электровозостроения. - Новочеркасск, 1984, т. 25. Вопросы теории и практики создания магистральных электровозов, с. 86-92). Для регулирования фазы синхронизирующего сигнала используется интегратор с большой постоянной времени, что обеспечивает высокую помехозащищенность контура регулирования фазы.
Описанный способ синхронизации системы управления тиристорным выпрямительно-инверторным преобразователем принимается в качестве прототипа. Недостатком прототипа является то, что большая постоянная времени интегратора затрудняет процесс "втягивания" системы автоматической подстройки фазы в синхронизм после восстановления напряжения сети, например при проезде нейтральной вставки или при срабатывании токовой защиты, что нарушает работу синхронизирующего устройства и системы управления полупроводниковым преобразователем электровоза.
Раскрытие изобретения
Технический результат изобретения - повышение точности и надежности синхронизации в условиях сильного искажения питающего напряжения, вызванного как работой самого выпрямительно-инверторного преобразователя, так и переходными процессами, связанными со снятием и восстановлением напряжения сети при проезде нейтральной вставки или срабатывании токовой защиты.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети, заключающийся в том, что при помощи измерительного трансформатора получают сигнал, пропорциональный напряжению тяговой сети, формируют синхронизирующий сигнал, сравнивают его фиксирующим элементом с нулевым уровнем и формируют сигналы синхронизации, при этом сигнал с выхода измерительного трансформатора подают на фильтр, осуществляющий фильтрацию искажений, и с выхода фильтра подают на компаратор, сравнивают с нулевым уровнем и определяют период напряжением тяговой сети как интервал времени между одноименными переходами сигнала через ноль, запускают два генератора гармонических сигналов, которые формируют сигналы: один - синусоиду и другой - косинусоиду с периодами, равными периоду напряжения в тяговой сети, сигнал с выхода измерительного трансформатора умножают на выходной сигнал генератора синусоиды и произведение подают на первый интегратор, а произведение сигнала с выхода измерительного трансформатора на выходной сигнал генератора косинусоиды подают на второй интегратор, сигнал с выхода первого интегратора подают на первый вход первого сумматора, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода первого интегратора, сигнал с выхода второго интегратора подают на первый вход второго сумматора, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети сигнал с выхода второго интегратора, сигналы с выходов первого и второго сумматоров умножают соответственно на выходные сигналы генераторов синусоиды и косинусоиды, полученные произведения суммируют третьим сумматором, на выходе которого получают синхронизирующий сигнал, который сравнивают выходным компаратором с нулевым уровнем и в моменты перехода сигнала компаратора через ноль формируют импульсы синхронизации.
В результате осуществления заявленного способа формируется синхронизирующий сигнал в виде гладкой составляющей, совпадающий с текущим значением основной гармоники питающего напряжения, в котором исключаются влияние коммутационных искажений питающего напряжения, вызванные работой выпрямительно-инверторного преобразователя.
Краткое описание чертежей
На фигуре представлена структурная схема, поясняющая предлагаемый способ.
Осуществление изобретения
На схеме изображены: контактная сеть 1, тяговый трансформатор 2, тиристорный выпрямительно-инверторный преобразователь 3, тяговый двигатель 4 и сглаживающий реактор 5. Измерительный трансформатор 6, фильтр 7, компаратор 8, которым определяют период напряжением тяговой сети как интервал времени между одноименными переходами сигнала через ноль, генераторы синусоиды 9 и косинусоиды 10, умножитель 11 и 12, интеграторы первый 13 и второй 14, элемент задержки 15 и 16, сумматор первый 17 и второй 18, умножители 19 и 20, третий сумматор 21, компаратор-формирователь синхроимпульсов 22, система управления 23 выпрямительно-инверторного преобразователя.
Известно, что при работе выпрямительно-инверторного преобразователя на электровозе в кривой питающего напряжения возникают коммутационные провалы, которые сопровождаются высокочастотными колебаниями с частотой 500-1500 Гц. В результате наблюдаются неоднократные в течение полупериода переходы питающего напряжения через ноль, что нарушает работу системы синхронизации, которая должна формировать синхронизирующие сигналы, привязанные к определенной фазе питающего напряжения, обеспечивающей максимальный диапазон регулирования. Максимальный диапазон достигается при формировании синхронизирующих импульсов в моменты перехода через ноль неискаженной формы питающего напряжения.
Схема работает следующим образом. При помощи измерительного трансформатора 6 измеряют мгновенное значение напряжения на входе выпрямительно-инверторного преобразователя 3 и подают его на фильтр 7, осуществляющий фильтрацию искажений. Отфильтрованный сигнал подают на компаратор 8, сравнивают его с нулевым уровнем и определяют период напряжения тяговой сети как интервал времени между одноименными переходами сигнала с выхода фильтра через ноль. Сигнал, определяющий период напряжения тяговой сети, используют для запуска двух генераторов гармонических сигналов, которые формируют сигналы: один 9 - синусоиду и другой 10 - косинусоиду, с периодами, равными периоду напряжения в тяговой сети. Сигнал с выхода измерительного трансформатора 6 умножают на выходной сигнал генератора синусоиды 9 умножителем 11 и произведение подают на первый интегратор 13, а произведение сигнала с выхода измерительного трансформатора 6 и выходного сигнала генератора косинусоиды 10 с выхода умножителя 12 подают на второй интегратор 14.
Сигнал с выхода первого интегратора 13 подают на первый вход первого сумматора 17, на второй вход которого подают инвертированный сигнал с выхода первого интегратора 13, задержанный блоком задержки 15 на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода второго интегратора 14 подают на первый вход второго сумматора 18, на второй вход которого подают инвертированный сигнал с выхода второго интегратора 14, задержанный блоком задержки 16 на время, равное периоду напряжения тяговой сети. Сигналы с выходов первого 17 и второго 18 сумматоров умножают на выходные сигналы генераторов синусоиды 9 и косинусоиды 10 блоками умножения 19 и 20 соответственно, полученные произведения суммируют третьим сумматором 21, на выходе которого получают синхронизирующий сигнал, сравнивают его с нулевым уровнем выходным компаратором 22 и в моменты перехода сигнала компаратора через ноль формируют импульсы синхронизации для системы управления 23 тиристорами выпрямительно-инверторного преобразователя.
Реализация предлагаемого способа синхронизации может быть выполнена с использованием как аналоговых узлов, так и микропроцессора. Использование микропроцессора является наиболее предпочтительным, так как аналоговые узлы в условиях большого диапазона рабочих температур (-60°С.., +60°С) обуславливают значительную нестабильность параметров системы синхронизации. Испытания опытного образца системы синхронизации с использованием предлагаемого способа в условиях сильного искажения формы напряжения показали устойчивую его работу как в установившихся режимах, так и переходных, связанных со снятием и восстановлением напряжения на токоприемнике электровоза. "Втягивание" системы в режим синхронизации не превышает одного периода.

Claims (1)

  1. Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети, заключающийся в том, что посредством измерительного трансформатора получают сигнал, пропорциональный напряжению тяговой сети, формируют синхронизирующий сигнал, сравнивают его фиксирующим элементом с нулевым уровнем и формируют сигналы синхронизации, отличающийся тем, что сигнал с выхода измерительного трансформатора подают на фильтр, осуществляющий фильтрацию искажений, и с выхода фильтра подают на компаратор, сравнивают с нулевым уровнем и определяют период напряжением тяговой сети как интервал времени между одноименными переходами сигнала через ноль, запускают два генератора гармонических сигналов, которые формируют сигналы: один - синусоиду и другой - косинусоиду, с периодами, равными периоду напряжения в тяговой сети, сигнал с выхода измерительного трансформатора умножают на выходной сигнал генератора синусоиды и произведение подают на первый интегратор, а произведение сигнала с выхода измерительного трансформатора на выходной сигнал генератора косинусоиды подают на второй интегратор, сигнал с выхода первого интегратора подают на первый вход первого сумматора, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода первого интегратора, сигнал с выхода второго интегратора подают на первый вход второго сумматора, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода второго интегратора, сигналы с выходов первого и второго сумматоров умножают на выходные сигналы генераторов синусоиды и косинусоиды соответственно, полученные произведения суммируют третьим сумматором, на выходе которого получают синхронизирующий сигнал, который сравнивают выходным компаратором с нулевым уровнем и в моменты перехода сигнала компаратора через ноль формируют импульсы синхронизации.
RU2016146139A 2016-11-24 2016-11-24 Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети RU2647792C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146139A RU2647792C1 (ru) 2016-11-24 2016-11-24 Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146139A RU2647792C1 (ru) 2016-11-24 2016-11-24 Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2647792C1 true RU2647792C1 (ru) 2018-03-19

Family

ID=61629446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016146139A RU2647792C1 (ru) 2016-11-24 2016-11-24 Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647792C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763377C1 (ru) * 2018-05-29 2021-12-28 Сименс Акциенгезелльшафт Управление полевым транзистором металл-оксид-полупроводник

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2118038C1 (ru) * 1997-04-09 1998-08-20 Дальневосточная государственная академия путей сообщения Формирователь синхронизирующих импульсов
RU2183378C1 (ru) * 2001-01-26 2002-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛМЕХтрансА" Формирователь синхронизирующих импульсов
RU90946U1 (ru) * 2009-09-28 2010-01-20 Томский Государственный Университет Систем Управления И Радиоэлектроники (Тусур) Устройство для формирования импульсов управления тиристорным преобразователем
US20150263604A1 (en) * 2012-12-28 2015-09-17 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and power conversion method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2118038C1 (ru) * 1997-04-09 1998-08-20 Дальневосточная государственная академия путей сообщения Формирователь синхронизирующих импульсов
RU2183378C1 (ru) * 2001-01-26 2002-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛМЕХтрансА" Формирователь синхронизирующих импульсов
RU90946U1 (ru) * 2009-09-28 2010-01-20 Томский Государственный Университет Систем Управления И Радиоэлектроники (Тусур) Устройство для формирования импульсов управления тиристорным преобразователем
US20150263604A1 (en) * 2012-12-28 2015-09-17 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and power conversion method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763377C1 (ru) * 2018-05-29 2021-12-28 Сименс Акциенгезелльшафт Управление полевым транзистором металл-оксид-полупроводник

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fang et al. A novel frequency-adaptive PLL for single-phase grid-connected converters
CN104578172A (zh) 一种带线性锁频环的光伏逆变调节器控制方法
CN110557118A (zh) 一种锁相装置及锁相方法
RU155594U1 (ru) Многофункциональный регулятор качества электроэнергии для трехфазных распределительных систем электроснабжения 0,4 кв
Terriche et al. Multiple-complex coefficient-filter-based PLL for improving the performance of shunt active power filter under adverse grid conditions
Kim et al. Improvement of grid-connected inverter systems with PR controllers under the unbalanced and distorted grid voltage
TW201822466A (zh) 用於市電並聯系統之鎖相迴路方法
RU2647792C1 (ru) Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети
KR101380380B1 (ko) 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법 및 시스템
Roslan et al. A comparative study of methods for estimating virtual flux at the point of common coupling in grid-connected voltage source converters with LCL filter
CN106655270B (zh) 抑制三相lcl型并网变换器整流启动冲击电流的控制方法
Kashani et al. Grid Synchronization of Bidirectional Electric Vehicle Chargers Using Second Order Generalized Integrator based Phase Lock Loop
KR102160883B1 (ko) 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치
JP5742150B2 (ja) 交直変換装置の同期制御装置
KR101946308B1 (ko) 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법
Yang et al. Exploitation of digital filters to advance the single-phase T/4 delay PLL system
KR101545139B1 (ko) Ｌｐｎ 필터를 이용한 전력계통의 위상추종 시스템
Prabhala et al. Implementation of DQ domain control in DSP and FPGA
CN103856087A (zh) 单相四象限整流器输出电压的控制方法、装置及系统
RU2458381C2 (ru) Однофазный активный электрический фильтр
Rump et al. Comparison between different power system frequency measurement methods for converter applications providing ancillary services
Jukić et al. Sensorless synchronization method for a grid-side converter with an lcl filter based on a sliding mode observer and discontinuous operating mode
RU154184U1 (ru) Активный фильтр высших гармоник с возможностью компенсации реактивной мощности
RU2460192C1 (ru) Реле разности фаз подключаемых на параллельную работу генераторов
JP2014072981A (ja) 単相電圧型交直変換装置

Legal Events

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

Effective date: 20191125