RU2657007C1 - Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive - Google Patents

Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2657007C1
RU2657007C1 RU2017127798A RU2017127798A RU2657007C1 RU 2657007 C1 RU2657007 C1 RU 2657007C1 RU 2017127798 A RU2017127798 A RU 2017127798A RU 2017127798 A RU2017127798 A RU 2017127798A RU 2657007 C1 RU2657007 C1 RU 2657007C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
unit
output
sensor
frequency converter
Prior art date
Application number
RU2017127798A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Николаевич Мещеряков
Алексей Михайлович Евсеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ)
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 "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ)
Priority to RU2017127798A priority Critical patent/RU2657007C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2657007C1 publication Critical patent/RU2657007C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to devices for suppressing and compensating for higher harmonics in electrical networks and for the recovery of energy into the mains, and can be used in adjustable AC electric drives with a two-link frequency converter, in which the input diode rectifier is a non-linear load. Compensation device comprises an inverter, a step-up transformer, a DC sensor of the frequency converter, a DC sensor of the compensation device, an AC sensor of the frequency converter, an AC sensor of the compensation device, a mains voltage sensor, a unit for calculating the average DC value of the compensation device, a unit for calculating the average DC value of the frequency converter, a unit for calculating the amplitude value of the alternating current of the frequency converter, a current PI controller, an adder, a unit for calculating the instantaneous phase angles of the mains voltage, a first multiplier, a subtraction unit, a block of relay regulators, a DC link voltage sensor, a signal filtering unit, a comparator, a voltage PI controller, a voltage command generating unit, and a second multiplier.
EFFECT: improving energy efficiency; device allows to regenerate the braking energy of the motor into the mains from the DC link of a two-link frequency converter with an uncontrolled rectifier.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам подавления и компенсации высших гармоник в электрических сетях и рекуперации энергии в сеть, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока с двухзвенным преобразователем частоты, в которых входной диодный выпрямитель является нелинейной нагрузкой.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to devices for suppressing and compensating for higher harmonics in electric networks and recovering energy to the network, and can be used in variable AC electric drives with a two-link frequency converter, in which the input diode rectifier is a nonlinear load.

Известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции несимметрии сети, содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, причем 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, регулятором напряжения накопительного конденсатора, контроллер системы управления снабжен блоком выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности и блоком фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, при этом вход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с выходом датчика тока сети, а выход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с входом блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, который также соединен с выходом блока фазовой синхронизации, при этом выход блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока соединен с входом формирователя импульсов [1].A device for compensating higher harmonics and correcting asymmetries of a network is known, comprising an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter, and a control system controller, the control system controller having a filter current sensor, a network current sensor, a voltage sensor, and a pulse shaper based on variable-width relay controllers hysteresis, phase current and voltage converters, phase synchronization unit, storage capacitor voltage regulator, controller p of the control system is equipped with a unit for detecting components of the reverse and zero sequence currents and a phase correction unit for asymmetric components of the current, while the input of the unit for detecting the components of reverse and zero sequence currents is connected to the output of the network current sensor, and the output of the unit for detecting the components of currents for negative and zero sequence is connected to the input of the phase correction block of asymmetric current components, which is also connected to the output of the phase synchronization block, while the output of the phase block The first correction of asymmetric components of the current is connected to the input of the pulse shaper [1].

Недостатками данного устройства являются необходимость использования отдельного звена постоянного тока активного фильтра с накопительным конденсатором, пассивного фильтра и невозможность рекуперировать энергию в сеть через активный фильтр при торможении электропривода переменного тока.The disadvantages of this device are the need to use a separate DC link of the active filter with an accumulating capacitor, a passive filter and the inability to recover energy into the network through the active filter when braking an AC electric drive.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока, содержащее инвертор, повышающий трансформатор и контроллер системы управления, зажим «+» инвертора устройства компенсации подключен через датчик постоянного тока устройства компенсации к зажиму «+» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, зажим «-» инвертора устройства компенсации подключен к зажиму «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, зажим «+» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик постоянного тока преобразователя частоты к первой обкладке накопительного конденсатора, зажим «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен ко второй обкладке накопительного конденсатора, выход инвертора устройства компенсации подключен к обмотке высшего напряжения повышающего трансформатора, обмотка низшего напряжения повышающего трансформатора подключена через датчик переменного тока устройства компенсации к сети, вход неуправляемого выпрямителя подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, вход датчика напряжения сети соединен с зажимами питающей сети, выход датчика напряжения сети подключен к входу блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети, выход блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети подключен к первому входу блока умножения, выход датчика постоянного тока преобразователя частоты подключен к входу первого блока вычисления среднего значения, выход первого блока вычисления среднего значения подключен к входу блока расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты, выход блока расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты подключен к первому входу сумматора, выход датчика постоянного тока устройства компенсации подключен ко входу второго блока вычисления среднего значения, выход второго блока вычисления среднего значения подключен ко второму входу ПИ-регулятора, на первый вход ПИ-регулятора подается ноль, выход ПИ-регулятора подключен ко второму входу сумматора, выход сумматора подключен ко второму входу блока умножения, выход блока умножения подключен к первому входу блока вычитания, ко второму входу блока вычитания подключен выход датчика переменного тока преобразователя частоты, выход блока вычитания подключен к первому входу блока релейных регуляторов, ко второму входу блока релейных регуляторов подключен выход датчика переменного тока устройства компенсации, выход блока релейных регуляторов подключен к входам драйверов управления силовыми ключами инвертора устройства компенсации [2].Closest to the proposed device is a higher harmonic compensation device adapted to an AC electric drive, containing an inverter, a step-up transformer and a control system controller, the “+” terminal of the inverter of the compensation device is connected via a DC sensor of the compensation device to the “+” terminal of an uncontrolled rectifier of the frequency converter, the clamp “-” of the inverter of the compensation device is connected to the clamp “-” of the uncontrolled rectifier of the frequency converter, straighten the clamp “+” of the uncontrolled For the frequency converter, it is connected through the DC sensor of the frequency converter to the first cover of the storage capacitor, the “-” terminal of the uncontrolled rectifier of the frequency converter is connected to the second cover of the storage capacitor, the inverter output of the compensation device is connected to the higher voltage winding of the step-up transformer, the lower voltage winding of the step-up transformer is connected through AC sensor of the compensation device to the network, the input of an uncontrolled rectifier is connected through the AC sensor of the frequency converter to the network, the input of the network voltage sensor is connected to the terminals of the supply network, the output of the network voltage sensor is connected to the input of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the network voltage, the output of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the network voltage is connected to the first input of the multiplication unit, the output the DC sensor of the frequency converter is connected to the input of the first average value calculation unit, the output of the first average value calculation unit is connected to the input of the amplitude calculation unit tedious value of the AC frequency converter, the output of the unit for calculating the amplitude value of the AC of the frequency converter is connected to the first input of the adder, the output of the DC sensor of the compensation device is connected to the input of the second unit for calculating the average value, the output of the second unit for calculating the average value is connected to the second input of the PI controller , zero is supplied to the first input of the PI controller, the output of the PI controller is connected to the second input of the adder, the output of the adder is connected to the second input of the unit multiplication, the output of the multiplication unit is connected to the first input of the subtraction unit, the output of the AC sensor of the frequency converter is connected to the second input of the subtraction unit, the output of the subtraction unit is connected to the first input of the relay control unit, the output of the compensation sensor AC output is connected to the second input, the output of the block of relay controllers is connected to the inputs of the drivers for controlling the power keys of the inverter of the compensation device [2].

Недостатком данного устройства является невозможность рекуперировать энергию в сеть через активный фильтр при торможении электропривода переменного тока.The disadvantage of this device is the inability to recover energy into the network through an active filter when braking an AC drive.

Цель изобретения - повышение энергоэффективности системы двухзвенного преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем и устройством компенсации высших гармоник, адаптированным к электроприводу переменного тока. Предлагаемое устройство позволяет производить рекуперацию в сеть энергии торможения из звена постоянного тока двухзвенного преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем.The purpose of the invention is to improve the energy efficiency of the system of a two-link frequency converter with an uncontrolled rectifier and a device for the compensation of higher harmonics, adapted to an AC electric drive. The proposed device allows the recovery of braking energy into the network from the DC link of a two-link frequency converter with an uncontrolled rectifier.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве компенсации высших гармоник и рекуперации энергии в сеть, содержащем инвертор, повышающий трансформатор и контроллер системы управления, зажим «+» инвертора устройства компенсации подключен через датчик постоянного тока устройства компенсации к зажиму «+» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, зажим «-» инвертора устройства компенсации подключен к зажиму «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, зажим «+» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик постоянного тока преобразователя частоты к первой обкладке накопительного конденсатора, зажим «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен ко второй обкладке накопительного конденсатора, параллельно накопительному конденсатору подключен датчик напряжения звена постоянного тока, выход инвертора устройства компенсации подключен к обмотке высшего напряжения повышающего трансформатора, обмотка низшего напряжения повышающего трансформатора подключена через датчик переменного тока устройства компенсации к сети, вход неуправляемого выпрямителя подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, вход датчика напряжения сети соединен с зажимами питающей сети, выход датчика напряжения сети подключен ко входу блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети, выход блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети подключен к первому входу блока умножения, выход датчика постоянного тока преобразователя частоты подключен к входу первого блока вычисления среднего значения, выход первого блока вычисления среднего значения подключен к входу блока расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты, выход блока расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты подключен к первому входу сумматора, выход датчика постоянного тока устройства компенсации подключен ко входу второго блока вычисления среднего значения, выход второго блока вычисления среднего значения подключен ко второму входу ПИ-регулятора тока, на первый вход ПИ-регулятора тока подается ноль, выход ПИ-регулятора тока подключен ко второму входу сумматора, выход датчика напряжения звена постоянного тока подключен ко входу блока фильтрации сигнала, выход блока фильтрации сигнала подключен к первому входу компаратора и к первому входу ПИ-регулятора напряжения, ко второму входу компаратора, а также ко второму входу ПИ-регулятора напряжения подключен выход блока формирования задания напряжения, выходы ПИ-регулятора напряжения и компаратора подключены ко входам второго блока умножения, выход второго блока умножения подключен к дополнительному третьему отрицательному входу сумматора, выход сумматора подключен ко второму входу блока умножения, выход блока умножения подключен к первому входу блока вычитания, ко второму входу блока вычитания подключен выход датчика переменного тока преобразователя частоты, выход блока вычитания подключен к первому входу блока релейных регуляторов, ко второму входу блока релейных регуляторов подключен выход датчика переменного тока устройства компенсации, выход блока релейных регуляторов подключен ко входам драйверов управления силовыми ключами инвертора устройства компенсации.This result is achieved by the fact that in the device for compensating higher harmonics and recovering energy to a network containing an inverter, a step-up transformer and a controller of the control system, the “+” terminal of the inverter of the compensation device is connected through the DC sensor of the compensation device to the “+” terminal of an uncontrolled rectifier of the frequency converter , the “-” terminal of the inverter of the compensation device is connected to the “-” terminal of the uncontrolled rectifier of the frequency converter, the + terminal of the uncontrolled rectifier of the frequency converter the current is connected through the DC sensor of the frequency converter to the first cover of the storage capacitor, the “-” terminal of the uncontrolled rectifier of the frequency converter is connected to the second cover of the storage capacitor, the DC link voltage sensor is connected in parallel to the storage capacitor, the inverter output of the compensation device is connected to the higher voltage winding of the step-up transformer , the lower voltage winding of the step-up transformer is connected via an AC sensor at compensation devices to the network, the input of the uncontrolled rectifier is connected through the AC sensor of the frequency converter to the network, the input of the voltage sensor of the network is connected to the terminals of the supply network, the output of the voltage sensor of the network is connected to the input of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the voltage of the network, the output of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the voltage the network is connected to the first input of the multiplication unit, the output of the DC sensor of the frequency converter is connected to the input of the first unit for calculating the average value, the output of the first the average value calculation unit is connected to the input of the amplitude amplitude variable value calculation unit of the frequency converter, the output of the frequency amplitude variable value calculation unit of the frequency converter is connected to the first input of the adder, the output of the DC sensor of the compensation device is connected to the input of the second average value calculation unit, the output of the second calculation unit the average value is connected to the second input of the PI current controller, zero is fed to the first input of the PI current controller, the current output of the PI controller and connected to the second input of the adder, the output of the DC link voltage sensor is connected to the input of the signal filtering unit, the output of the signal filtering unit is connected to the first input of the comparator and to the first input of the PI voltage regulator, to the second input of the comparator, and also to the second input of PI- the voltage regulator is connected to the output of the voltage task forming unit, the outputs of the PI voltage regulator and the comparator are connected to the inputs of the second multiplication unit, the output of the second multiplication unit is connected to an additional third negative input of the adder, the output of the adder is connected to the second input of the multiplication unit, the output of the multiplication unit is connected to the first input of the subtraction unit, the output of the AC sensor of the frequency converter is connected to the second input of the subtraction unit, the output of the subtraction unit is connected to the first input of the relay control unit, to the second input the block of relay controllers is connected to the output of the AC sensor of the compensation device, the output of the block of relay controllers is connected to the inputs of the drivers for managing the power keys The compensator device.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана структура устройства, а на фиг. 2 - осциллограммы токов.The proposed device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the structure of the device, and in FIG. 2 - waveforms of currents.

На фиг. 1: 1 - двигатель переменного тока; 2 - инвертор преобразователя частоты; 3 - накопительный конденсатор; 4 - неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты; 5 - инвертор устройства компенсации; 6 - повышающий трансформатор; 7 - датчик постоянного тока преобразователя частоты; 8 - датчик постоянного тока устройства компенсации; 9 - датчик переменного тока преобразователя частоты; 10 - датчик переменного тока устройства компенсации; 11 - датчик напряжения сети; 12 - первый блок вычисления среднего значения; 13 - второй блок вычисления среднего значения; 14 - блок расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты; 15 - ПИ-регулятор тока; 16 - сумматор; 17 - блок расчета мгновенный фазовых углов напряжения сети; 18 - первый блок умножения; 19 - блок вычитания; 20 - блок релейных регуляторов; 21 - датчик напряжения звена постоянного тока; 22 - блок фильтрации сигнала; 23 - формирователь задания на напряжение звена постоянного тока; 24 - компаратор; 25 - ПИ-регулятор напряжения, 26 - второй блок умножения.In FIG. 1: 1 - AC motor; 2 - inverter of the frequency converter; 3 - storage capacitor; 4 - uncontrolled rectifier of the frequency converter; 5 - inverter compensation device; 6 - step-up transformer; 7 - DC sensor of the frequency converter; 8 - DC sensor of the compensation device; 9 - AC sensor of the frequency converter; 10 - AC sensor compensation device; 11 - voltage sensor; 12 is a first average value calculating unit; 13 - the second block calculating the average value; 14 - unit for calculating the amplitude value of an alternating current of a frequency converter; 15 - PI current regulator; 16 - adder; 17 - unit for calculating the instantaneous phase angles of the network voltage; 18 - the first block of multiplication; 19 - block subtraction; 20 - block relay controllers; 21 - voltage sensor DC link; 22 - signal filtering unit; 23 - shaper job voltage DC link; 24 - a comparator; 25 - PI voltage regulator, 26 - the second block of multiplication.

На фиг. 2: Inl - трехфазный переменный ток преобразователя частоты с выхода датчика тока 9; If - трехфазный переменный ток устройства компенсации с выхода датчика тока 10; Il - суммарный трехфазный ток сети.In FIG. 2: I nl - three-phase alternating current of the frequency converter from the output of the current sensor 9; I f - three-phase alternating current of the compensation device from the output of the current sensor 10; I l - total three-phase network current.

Устройство компенсации высших гармоник работает следующим образом.The device for the compensation of higher harmonics works as follows.

Блок расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети 17 на основе сигналов напряжений фаз сети u1A, u1B, u1C, снятых с датчика напряжения 11, вычисляет синусы мгновенных фазовых углов напряжения сети по следующим формулам:The unit for calculating the instantaneous phase angles of the voltage of the network 17 based on the signals of the voltages of the phases of the network u 1A , u 1B , u 1C , taken from the voltage sensor 11, calculates the sines of the instantaneous phase angles of the voltage of the network according to the following formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

где f1 - частота напряжения сети; t - текущее время.where f 1 is the frequency of the mains voltage; t is the current time.

В блоке умножения 18 синусы мгновенных фазовых углов напряжения сети умножаются на заданную амплитуду тока сети I1m *, формируя задание на мгновенные значения фазных токов сети i1A *, i1B *, i1C *, по формулам:In the multiplication block 18, the sines of the instantaneous phase angles of the network voltage are multiplied by the specified amplitude of the network current I 1m * , forming a task for the instantaneous values of the phase currents of the network i 1A * , i 1B * , i 1C * , according to the formulas:

Figure 00000002
Figure 00000002

Таким образом, заданный ток сети совпадает по фазе с напряжением сети, что означает поддержание устройством единичного коэффициента мощности, потребляемой электроприводом.Thus, the set mains current coincides in phase with the mains voltage, which means that the device maintains a unit power factor consumed by the electric drive.

Сигналы постоянного тока преобразователя частоты Id и постоянного тока устройства компенсации Idf, снимаемые с датчиков токов 7 и 8 соответственно, имеют пульсации, обусловленные постоянным обменом мощности между инвертором устройства компенсации 5 и накопительным конденсатором 3. Поэтому указанные сигналы усредняются за некоторый промежуток времени Тk в блоках 12, 13 по формулам:The DC signals of the frequency converter I d and the DC current of the compensation device I df , taken from the current sensors 7 and 8, respectively, have ripples due to the constant exchange of power between the inverter of the compensation device 5 and the storage capacitor 3. Therefore, these signals are averaged over a certain period of time T k in blocks 12, 13 according to the formulas:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Idcp, Idfcp - усредненные значения токов преобразователя частоты и устройства компенсации соответственно.where I dcp , I dfcp are the average values of the currents of the frequency converter and the compensation device, respectively.

В блоке расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты 14 вычисляется предварительное задание на амплитуду тока сети I1mp * по формуле:In the block for calculating the amplitude value of the alternating current of the frequency converter 14, a preliminary task for the amplitude of the current of the network I 1mp * is calculated by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где kсх=0,816 - коэффициент выпрямления по току трехфазной мостовой схемы.where k cx = 0.816 is the current rectification coefficient of a three-phase bridge circuit.

Однако использование предварительного задания на амплитуду тока сети I1mp * в качестве основного задания на амплитуду тока сети I1mp * приводит к частичному потреблению активной мощности электропривода через инвертор устройства компенсации. Это связано с тем, что формула (4) вычисляет требуемую амплитуду тока сети I1mp * приблизительно, не учитывая гармонический состав тока сети, потери в неуправляемом выпрямителе 4 и т.д. В результате ток через инвертор устройства компенсации возрастает, что приводит к необходимости завышать мощность инвертора.However, the use of a preliminary task for the network current amplitude I 1mp * as the main task for the network current amplitude I 1mp * leads to a partial consumption of the active power of the electric drive through the inverter of the compensation device. This is due to the fact that formula (4) calculates the required amplitude of the network current I 1mp * approximately, not taking into account the harmonic composition of the network current, losses in an uncontrolled rectifier 4, etc. As a result, the current through the inverter of the compensation device increases, which leads to the need to overestimate the power of the inverter.

Минимизация тока инвертора устройства компенсации осуществляется с помощью ПИ-регулятора тока 15. ПИ-регулятор тока формирует корректирующий ток Idfкор для уточнения предварительного задания на амплитуду тока сети I1mp * таким образом, чтобы усредненное значение постоянного тока устройства компенсации Idfcp равнялось нулю. В этом случае потребление активной мощности электропривода через инвертор устройства компенсации отсутствует.The inverter current of the compensation device is minimized by means of the current PI regulator 15. The current PI regulator generates a correction current I dfcor to clarify the preliminary task for the network current amplitude I 1mp * so that the average DC value of the compensation device I dfcp is zero. In this case, there is no consumption of active power of the electric drive through the inverter of the compensation device.

Измеренный посредством датчика напряжения звена постоянного тока 21 сигнал напряжения Ud поступает в блок фильтрации 22, который формирует отфильтрованный сигнал напряжения в звене постоянного тока Udф. Формирователь задания 23 устанавливает верхнюю границу напряжения в звене постоянного тока Udзад, при превышении которой компаратор 24 формирует значение логической единицы на второй блок умножения 26, тем самым разрешая работу ПИ-регулятора напряжения 25. ПИ-регулятор напряжения осуществляет сравнение заданного Udзад и фактического отфильтрованного Udф значений напряжения звена постоянного тока и формирует корректирующее значение тока IdUкор. Таким образом, при фактическом напряжении в звене постоянного тока Udф, большем, чем Udзад, ПИ-регулятор напряжения корректирует задание на амплитуду тока сети I1mp *, и устройство компенсации переходит в режим генерации активной мощности в питающую сеть. Таким образом выполняется рекуперация в сеть энергии торможения двигателя из звена постоянного тока двухзвенного преобразователя частоты.The voltage signal U d measured by the voltage sensor of the DC link 21 enters the filtering unit 22, which generates a filtered voltage signal in the DC link U df . Shaper 23 sets the upper limit of the voltage in the DC link U d back , after which the comparator 24 generates the value of the logical unit to the second multiplication block 26, thereby allowing the PI voltage regulator 25 to work. The PI voltage regulator compares the specified U d back and the actual filtered U df voltage values of the DC link and generates a correction current value I dUcor . Thus, when the actual voltage in the DC link U df is greater than U dad , the PI voltage regulator corrects the task for the network current amplitude I 1mp * , and the compensation device switches to active power generation mode in the supply network. Thus, regeneration of the engine braking energy from the DC link of the two-link frequency converter is performed in the network.

В итоге, заданная амплитуда тока I1m *, получаемая с выхода сумматора 16, определяется формулой:As a result, the given current amplitude I 1m * obtained from the output of the adder 16 is determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

Задание на трехфазный переменный ток устройства компенсации If * вычисляется по формуле:The task for a three-phase alternating current compensation device I f * is calculated by the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

где I1 * - задание на трехфазный ток сети с выхода блока 18; Int - трехфазный переменный ток преобразователя частоты с выхода датчика тока 9.where I 1 * - the task for the three-phase current of the network from the output of block 18; I nt - three-phase alternating current of the frequency converter from the output of the current sensor 9.

Поддержание заданного тока устройства компенсации If * осуществляется с помощью блока релейных регуляторов 20. Блок релейных регуляторов содержит в себе три релейных регулятора токов фаз устройства компенсации. В них вычисляются разницы между заданными и фактическими значениями мгновенных фазных токов устройства компенсации ΔifA, ΔifB, ΔifC по формуле:The set current of the compensation device I f * is maintained using the block of relay controllers 20. The block of relay controllers contains three relay controllers of the phase currents of the compensation device. They calculated a difference between the desired and actual values of the instantaneous phase current compensation device Δi fA, Δi fB, Δi fC by the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

где ifA *, ifB *, ifC * - задания на мгновенные фазные токи устройства компенсации; ifA, ifB, ifC - фактические значения мгновенных фазных токов устройства компенсации.where i fA * , i fB * , i fC * - tasks for instantaneous phase currents of the compensation device; i fA , i fB , i fC are the actual values of the instantaneous phase currents of the compensation device.

Состояние выходов релейных регуляторов QA, QB, QC определяется по следующему алгоритму:The status of the outputs of the relay controllers Q A , Q B , Q C is determined by the following algorithm:

Figure 00000008
Figure 00000008

где h - зона гистерезиса, задаваемая равной 5…10% от номинального тока инвертора устройства компенсации.where h is the hysteresis zone, set equal to 5 ... 10% of the rated current of the inverter of the compensation device.

Выходы релейных регуляторов подключены к входам драйверов ключей инвертора устройства компенсации. Выход релейного регулятора каждой фазы управляет сразу двумя ключами, находящимися в одном плече инвертора устройства компенсации, причем состояния этих двух ключей всегда противоположны: если один открыт, то другой закрыт.The outputs of the relay controllers are connected to the inputs of the driver keys of the inverter of the compensation device. The output of the relay controller of each phase immediately controls two keys located in one arm of the inverter of the compensation device, and the states of these two keys are always opposite: if one is open, then the other is closed.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет компенсировать высшие гармоники тока сети, потребляемые регулируемым электроприводом с двухзвенным преобразователем частоты, и осуществлять рекуперацию энергии в сеть при торможении двигателя, применяя схему с общим звеном постоянного тока при использовании меньшего числом математических операций в системе управления. Рекуперируемая в сеть энергия за счет работы логики компенсации высших гармоник характеризуется исключительно активной составляющей.Thus, the proposed device allows you to compensate for the higher harmonics of the mains current consumed by a controlled electric drive with a two-link frequency converter, and to recover energy into the network when the engine brakes, using a circuit with a common DC link using fewer mathematical operations in the control system. The energy recovered into the network due to the work of the higher harmonic compensation logic is characterized by an exclusively active component.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU 2573599. Устройство компенсации высших гармоник и коррекции несимметрии сети. МПК H02J 3/01, H02J 3/26, 2014.1. Patent RU 2573599. A device for compensating higher harmonics and correcting network asymmetry. IPC H02J 3/01, H02J 3/26, 2014.

2. Патент RU 2514439. Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока. МПК H02J 3/01. Опубл. 20.01.2016. Бюл. №2.2. Patent RU 2514439. The device for the compensation of higher harmonics, adapted to an AC electric drive. IPC H02J 3/01. Publ. 01/20/2016. Bull. No. 2.

Claims (1)

Устройство компенсации высших гармоник и рекуперации энергии в сеть, адаптированное к электроприводу переменного тока, содержащее инвертор, повышающий трансформатор и контроллер системы управления, зажим «+» инвертора устройства компенсации подключен через датчик постоянного тока устройства компенсации к зажиму «+» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, зажим «-» инвертора устройства компенсации подключен к зажиму «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, зажим «+» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик постоянного тока преобразователя частоты к первой обкладке накопительного конденсатора, зажим «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен ко второй обкладке накопительного конденсатора, выход инвертора устройства компенсации подключен к обмотке высшего напряжения повышающего трансформатора, обмотка низшего напряжения повышающего трансформатора подключена через датчик переменного тока устройства компенсации к сети, вход неуправляемого выпрямителя подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, вход датчика напряжения сети соединен с зажимами питающей сети, выход датчика напряжения сети подключен к входу блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети, выход блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети подключен к первому входу блока умножения, выход датчика постоянного тока преобразователя частоты подключен к входу первого блока вычисления среднего значения, выход первого блока вычисления среднего значения подключен к входу блока расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты, выход блока расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты подключен к первому входу сумматора, выход датчика постоянного тока устройства компенсации подключен ко входу второго блока вычисления среднего значения, выход второго блока вычисления среднего значения подключен ко второму входу ПИ-регулятора, на первый вход ПИ-регулятора подается ноль, выход ПИ-регулятора подключен ко второму входу сумматора, выход сумматора подключен ко второму входу блока умножения, выход блока умножения подключен к первому входу блока вычитания. ко второму входу блока вычитания подключен выход датчика переменного тока преобразователя частоты, выход блока вычитания подключен к первому входу блока релейных регуляторов, ко второму входу блока релейных регуляторов подключен выход датчика переменного тока устройства компенсации, выход блока релейных регуляторов подключен к входам драйверов управления силовыми ключами инвертора устройства компенсации, отличающееся тем, что параллельно накопительному конденсатору подключен датчик напряжения звена постоянного тока, выход датчика напряжения звена постоянного тока подключен ко входу блока фильтрации сигнала, выход блока фильтрации сигнала подключен к первому входу компаратора и к первому входу ПИ-регулятора напряжения, ко второму входу компаратора, а также ко второму входу ПИ-регулятора напряжения подключен выход блока формирования задания напряжения, выходы ПИ-регулятора напряжения и компаратора подключены ко входам второго блока умножения, выход второго блока умножения подключен к дополнительному третьему отрицательному входу сумматора.A device for compensating higher harmonics and recovering energy to a network adapted to an AC electric drive, containing an inverter, a step-up transformer and a control system controller, a “+” terminal of the inverter of the compensation device connected via a DC sensor of the compensation device to the “+” terminal of an uncontrolled rectifier of the frequency converter, the clamp “-” of the inverter of the compensation device is connected to the clamp “-” of the uncontrolled rectifier of the frequency converter, the clamp “+” of the uncontrolled rectifier of the converter The frequency converter is connected through the DC sensor of the frequency converter to the first cover of the storage capacitor, the “-” terminal of the uncontrolled rectifier of the frequency converter is connected to the second cover of the storage capacitor, the output of the inverter of the compensation device is connected to the higher voltage winding of the step-up transformer, the lower voltage winding of the step-up transformer is connected through the sensor AC compensation device to the network, the input of an uncontrolled rectifier is connected via a sensor the alternating current of the frequency converter to the network, the input of the network voltage sensor is connected to the terminals of the supply network, the output of the network voltage sensor is connected to the input of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the network voltage, the output of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the network voltage is connected to the first input of the multiplication unit, the output of the constant sensor the current of the frequency converter is connected to the input of the first average value calculation unit, the output of the first average value calculation unit is connected to the input of the amplitude value calculation unit the alternating current of the frequency converter, the output of the unit for calculating the amplitude value of the alternating current of the frequency converter is connected to the first input of the adder, the output of the DC sensor of the compensation device is connected to the input of the second unit of calculating the average value, the output of the second unit of calculating the average value is connected to the second input of the PI controller, zero is supplied to the first input of the PI controller, the output of the PI controller is connected to the second input of the adder, the output of the adder is connected to the second input of the multiplication unit, you the stroke of the multiplication block is connected to the first input of the subtraction block. the output of the alternating current sensor of the frequency converter is connected to the second input of the subtraction unit, the output of the subtraction unit is connected to the first input of the relay control unit, the output of the compensation device alternating current sensor is connected to the second input of the relay unit, the output of the relay control unit is connected to the inputs of the inverter power control drivers compensation device, characterized in that a DC link voltage sensor is connected in parallel with the storage capacitor, the output is a sensor and the voltage of the DC link is connected to the input of the signal filtering unit, the output of the signal filtering unit is connected to the first input of the comparator and to the first input of the PI voltage regulator, to the second input of the comparator, as well as to the second input of the PI voltage regulator, the output of the voltage setting unit is connected , the outputs of the PI voltage regulator and the comparator are connected to the inputs of the second multiplication unit, the output of the second multiplication unit is connected to an additional third negative input of the adder.
RU2017127798A 2017-08-03 2017-08-03 Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive RU2657007C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017127798A RU2657007C1 (en) 2017-08-03 2017-08-03 Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017127798A RU2657007C1 (en) 2017-08-03 2017-08-03 Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2657007C1 true RU2657007C1 (en) 2018-06-08

Family

ID=62560365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017127798A RU2657007C1 (en) 2017-08-03 2017-08-03 Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2657007C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2692288C1 (en) * 2018-09-24 2019-06-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Autonomous vehicle traction electric drive
CN112366956A (en) * 2019-07-23 2021-02-12 丹佛斯电力电子有限公司 Method for determining the output current of a rectifier stage of a frequency converter and/or the network-side current

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977660A (en) * 1996-08-09 1999-11-02 Mesta Electronics, Inc. Active harmonic filter and power factor corrector
RU2514439C2 (en) * 2012-08-07 2014-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive
RU2573599C1 (en) * 2014-11-05 2016-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977660A (en) * 1996-08-09 1999-11-02 Mesta Electronics, Inc. Active harmonic filter and power factor corrector
RU2514439C2 (en) * 2012-08-07 2014-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive
RU2573599C1 (en) * 2014-11-05 2016-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2692288C1 (en) * 2018-09-24 2019-06-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Autonomous vehicle traction electric drive
CN112366956A (en) * 2019-07-23 2021-02-12 丹佛斯电力电子有限公司 Method for determining the output current of a rectifier stage of a frequency converter and/or the network-side current
CN112366956B (en) * 2019-07-23 2024-06-11 丹佛斯电力电子有限公司 Method for determining the output current of a rectifier stage and/or the grid-side current of a frequency converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9882466B2 (en) Power conversion device including an AC/DC converter and a DC/DC converter
JP5267589B2 (en) Power converter
JP6569839B1 (en) Power converter
RU2514439C2 (en) Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive
CN105723233B (en) Inverter test device
CN108512452B (en) Control system and control method for current of direct-current micro-grid-connected converter
CN104935200A (en) Power converter, power generating system, apparatus for controlling power converter, and method for controlling power converter
KR20160108216A (en) Conversion device
TW201711367A (en) Conversion device and method for controlling the same
RU2657007C1 (en) Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive
JP5716631B2 (en) Power converter
JP6183190B2 (en) Power converter
JP5987786B2 (en) Power converter
RU184273U1 (en) Device harmonic current suppression
RU176107U1 (en) HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
RU2619919C1 (en) Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive
JP5321282B2 (en) Power control device
JP2012244642A (en) Boosting/stepping-down bidirectional dc/dc converter and ac motor driving device using the same
CH711566A2 (en) Inverter for exchanging electrical energy between a DC system and an AC system.
RU198721U1 (en) DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR
RU128031U1 (en) HARMONIC CURRENT COMPENSATION AND REACTIVE POWER DEVICE
JP5950970B2 (en) Power converter
RU2573599C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry
JP5800125B2 (en) Power converter
CN109660183B (en) Capacitor miniaturization motor driving device

Legal Events

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

Effective date: 20190804