RU2659811C1 - Renewable sources direct current electric energy switching to the three-phase ac network method and device - Google Patents

Renewable sources direct current electric energy switching to the three-phase ac network method and device Download PDF

Info

Publication number
RU2659811C1
RU2659811C1 RU2017131633A RU2017131633A RU2659811C1 RU 2659811 C1 RU2659811 C1 RU 2659811C1 RU 2017131633 A RU2017131633 A RU 2017131633A RU 2017131633 A RU2017131633 A RU 2017131633A RU 2659811 C1 RU2659811 C1 RU 2659811C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
network
voltage
output
energy
Prior art date
Application number
RU2017131633A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ильдар Фанильевич Зайнуллин
Original Assignee
Ильдар Фанильевич Зайнуллин
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 Ильдар Фанильевич Зайнуллин filed Critical Ильдар Фанильевич Зайнуллин
Priority to RU2017131633A priority Critical patent/RU2659811C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2659811C1 publication Critical patent/RU2659811C1/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
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • 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
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: use in the field of electric power engineering. Method of the renewable sources direct current electric energy switching to the three-phase AC network includes the DC supply current filtering, renewable DC power source energy conversion into the AC electric power by means of the autonomous inverter, matching the obtained alternating current with the AC network in frequency and voltage and power transmission to the network. Autonomous inverter output voltage is filtered by each phase, stepping up by means of transformer, stepped up voltage is filtered, transmit to the connected to the three-phase alternating current network output switch. Information on the direct current and voltage values and on the stepped up filtered AC current and the AC mains voltage instantaneous phase values are transmitted to the control device, comparing the obtained information, generating control actions for the pulse-width modulator, generating control signals for the autonomous inverter keys driver, synchronizing the transformer output with the alternating current network, turning on the transformer and AC network into the parallel operation by closing the output switch, reducing the asymmetry and equalizing current in the neutral and performing the renewable energy sources electrical energy transmission to the AC network.
EFFECT: reduction of the three-phase alternating current asymmetry during the renewable energy sources converted DC energy transmission to the network and eliminating possibility of the inverter protective shutdown or failure due to the network phase voltages instability and large equalizing phase currents and current in the neutral occurrence.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к электроснабжению потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей на возобновляемых источниках энергии, обеспечивающих бесперебойное энергоснабжение нагрузки при заданных показателях качества энергоснабжения и наличии разнородных источников электроэнергии, и может быть использовано при организации электроснабжения ответственных потребителей переменного тока.The invention relates to the field of energy, in particular to power supply to consumers connected to an electric power system operating on renewable energy sources, providing uninterrupted power supply to the load at specified power supply quality indicators and the presence of heterogeneous power sources, and can be used in organizing power supply for critical AC consumers.

Известен способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии (патент РФ №2153752, МПК H02J 3/28, Y02J 3/32, опубл. 27.07.2000 г.), включающий преобразование энергии первичного возобновляемого источника с помощью электрогенератора в электрическую энергию переменного тока, преобразование посредством выпрямителя электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока, накопление этой энергии в аккумуляторе, заряжаемом от выпрямителя, преобразование с помощью инвертора электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока и выдачу ее в нагрузку. При этом в электроэнергетической системе используют, по крайней мере, еще один автономный, одновременно работающий с первым возобновляемый источник энергии, а накопление электрической энергии осуществляют путем аккумулирования суммарной электрической энергии постоянного тока, полученной в результате преобразования энергии каждого одновременного работающего первичного возобновляемого источника. Объем накопленной энергии в аккумуляторе определяет его емкость, которую рассчитывают по величине электроэнергии суточного потребления нагрузкой потребителя, а управление режимом работы генератора производят в процессе зарядки аккумулятора при поддержании величины напряжения зарядки, заданной в диапазоне между минимальной и максимальной величинами напряжения на нагрузке потребителя. В электроэнергетической системе могут быть использованы два одновременно работающих однотипных возобновляемых источника энергии.A known method of uninterrupted power supply to consumers of an electric power system operating on renewable energy sources (RF patent No. 2153752, IPC H02J 3/28, Y02J 3/32, publ. 07/27/2000), comprising converting the energy of a primary renewable source using an electric generator into electric AC energy, conversion by means of a rectifier of electric energy of alternating current into electric energy of direct current, accumulation of this energy in a battery charged from a rectifier, conversion e using an inverter of electrical energy of direct current into electrical energy of alternating current and its output to the load. At the same time, in the electric power system, at least one more autonomous, renewable energy source simultaneously operating with the first is used, and electric energy is accumulated by accumulating the total direct current electric energy obtained by converting the energy of each simultaneously operating primary renewable source. The amount of accumulated energy in the battery determines its capacity, which is calculated by the amount of daily electricity consumed by the consumer’s load, and the generator’s operating mode is controlled during charging of the battery while maintaining the value of the charging voltage specified in the range between the minimum and maximum voltage values at the consumer’s load. In the electric power system, two simultaneously operating similar renewable energy sources can be used.

Известен принятый за прототип способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии (варианты) (патент РФ №2208890, МПК H02J 3/28, H02J 15/00, опубл. 20.07.2003 г.), включающий преобразование энергии возобновляемого источника энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока, преобразование посредством выпрямителя энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения источника, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя. Дополнительно посредством широтно-импульсного преобразователя с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавки" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителя путем последовательного подключения выходных цепей преобразователя и выпрямителя, причем регулирование широтно-импульсного преобразователя осуществляют из условия поддержания на входе стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.A known adopted as a prototype method of uninterrupted power supply to consumers of an electric power system operating on renewable energy sources (options) (RF patent No. 2208890, IPC H02J 3/28, H02J 15/00, publ. July 20, 2003), including the conversion of renewable energy energy into electrical energy of alternating current using an alternating current generator, conversion by means of a rectifier of alternating current energy into direct current energy, stabilization of the source voltage, constant energy storage of current in the battery and the issuance of energy to the consumer load. Additionally, by means of a pulse-width converter with galvanic isolation at the output, the battery voltage is converted to an adjustable constant voltage and using a "volt-additive" it is summed with the voltage at the output of the rectifier by connecting the output circuits of the converter and rectifier in series, and the pulse-width converter is controlled from conditions for maintaining the voltage stabilizer at the input above the stabilization voltage.

Однако указанные способы не обеспечивают возможности уменьшения асимметрии трехфазного переменного тока при передаче в сеть преобразованной энергии постоянного тока возобновляемых источников энергии и необходимой надежности из-за значительной вероятности защитного отключения или выхода из строя инвертора вследствие нестабильности фазных напряжений сети и возникновения больших уравнительных фазных токов и тока в нейтрали.However, these methods do not provide the possibility of reducing the asymmetry of a three-phase alternating current when transmitting converted DC energy to a network of renewable energy sources and the necessary reliability due to the significant likelihood of a protective shutdown or failure of the inverter due to the instability of the phase voltage of the network and the occurrence of large equalizing phase currents and current in neutral.

Признаки, общие с заявляемым способом коммутации электрической энергии возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока:Signs that are common with the claimed method of switching electrical energy from renewable sources into a three-phase AC network:

- преобразование энергии возобновляемого источника энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока посредством автономного инвертора;- the conversion of energy from a renewable direct current energy source into alternating current electrical energy through an autonomous inverter;

- согласование полученного переменного тока по частоте, фазовому сдвигу и напряжению с сетью переменного тока;- coordination of the obtained alternating current in frequency, phase shift and voltage with the alternating current network;

- передача энергии в трехфазную сеть переменного тока.- energy transfer to a three-phase AC network.

Известен трехфазный инвертор с переменной структурой (патент РФ №2521605, МПК Н02М 7/00, Н02М 7/537, опубл. 10.07.2014 г.) для автономных систем бесперебойного электроснабжения и преобразования напряжений постоянного тока в трехфазную симметричную систему напряжений переменного тока, содержащий источник постоянного тока, однофазные автономные инверторы, трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий первичные и вторичные обмотки, блоки контактов и источник постоянного тока, который содержит два аккумуляторных блока и пять силовых ключей, каждый из четырех блоков контактов содержит три силовых ключа, два входа и три выхода, причем вторичные обмотки размещены на статоре под углом 120°, их начала являются трехфазными выводами устройства, а концы объединены и образуют трехфазную обмотку, включенную по схеме звезда.Known three-phase inverter with a variable structure (RF patent No. 2521605, IPC Н02М 7/00, Н02М 7/537, published July 10, 2014) for autonomous uninterruptible power supply systems and converting DC voltages to a three-phase symmetrical AC voltage system containing a direct current source, single-phase autonomous inverters, a transformer with a rotating magnetic field, containing primary and secondary windings, contact blocks and a direct current source that contains two battery units and five power switches, each trunk four contact blocks comprises three power key, two inputs and three outputs, the secondary winding arranged on the stator at an angle of 120 °, their start terminals are three-phase devices, and the ends are combined to form a three-phase windings included wye.

Недостатками известного устройства являются низкая надежность вследствие присутствия значительного количества силовых контактов, коммутирующих постоянный и переменный ток, а также сложная система управления автономным инвертором при переключениях силовых контактов. Отсутствие датчиков тока и напряжения не позволяет системе управления осуществлять мониторинг текущих значений переменного и постоянного тока, исключает возможность предотвращения защитного отключения вследствие нестабильности фазных напряжений сети и возникновения больших уравнительных фазных токов и тока в нейтрали трансформатора. Отсутствие фильтров в цепи преобразованного переменного тока ведет к снижению параметров, характеризующих качество производимой электрической энергии.The disadvantages of the known device are low reliability due to the presence of a significant number of power contacts, switching direct and alternating current, as well as a complex control system for an autonomous inverter when switching power contacts. The absence of current and voltage sensors does not allow the control system to monitor the current values of alternating and direct current, eliminates the possibility of preventing a protective shutdown due to instability of the phase voltage of the network and the occurrence of large equalizing phase currents and current in the neutral of the transformer. The absence of filters in the transformed AC circuit leads to a decrease in the parameters characterizing the quality of the produced electric energy.

Основной задачей заявляемой группы изобретений является создание способа и устройства коммутации электрической энергии возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока, обеспечивающих малую асимметрию переменного тока при передаче в сеть преобразованной энергии постоянного тока возобновляемых источников энергии и высокую надежность, исключающую влияние нестабильности фазных напряжений сети.The main objective of the claimed group of inventions is the creation of a method and device for switching electrical energy of renewable sources into a three-phase AC network, providing low asymmetry of alternating current when transferring renewed energy to a network of converted DC energy and high reliability, eliminating the influence of instability of phase voltage of the network.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая группа изобретений, заключается в уменьшении асимметрии трехфазного переменного тока при передаче в сеть преобразованной энергии постоянного тока возобновляемых источников энергии и исключение возможности защитного отключения или выхода из строя инвертора вследствие нестабильности фазных напряжений сети и возникновения больших уравнительных фазных токов и тока в нейтрали.The technical result, to which the claimed group of inventions is directed, is to reduce the asymmetry of three-phase alternating current when transferring renewed energy sources to the converted DC energy and eliminating the possibility of a protective shutdown or failure of the inverter due to the instability of the phase voltage of the network and the occurrence of large equalizing phase currents and current in neutral.

Технический результат достигается тем, что в способе коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока, включающем фильтрацию питающего постоянного тока, преобразование энергии возобновляемого источника энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока посредством автономного инвертора, согласование полученного переменного тока по частоте и напряжению с сетью переменного тока и передачу энергии в сеть, новым является то, что выходное напряжение автономного инвертора фильтруют по каждой фазе, повышают посредством трансформатора, повышенное напряжение фильтруют, передают на выходной коммутатор, связанный с сетью переменного трехфазного тока, информацию о значениях постоянного тока и напряжения на входе автономного инвертора и фазных мгновенных значениях повышенного отфильтрованного переменного тока и напряжения и сети переменного тока передают на устройство управления, производят сравнение полученной информации, формируют управляющие воздействия для широтно-импульсного модулятора, вырабатывают управляющие сигналы для драйвера ключей, коммутирующего ключи автономного инвертора, синхронизируют выход трансформатора с сетью переменного тока путем изменения значений напряжений и фазовых сдвигов фазных напряжений на выходе автономного инвертора, включают в параллельную работу трансформатор и сеть переменного тока с помощью замыкания выходного коммутатора, уменьшая асимметрию и уравнительный ток в нейтрали, и осуществляют передачу электрической энергии возобновляемых источников энергии в сеть переменного тока.The technical result is achieved by the fact that in the method of switching DC electric energy of renewable sources into a three-phase AC network, including filtering the supply DC power, converting the energy of a renewable DC energy source into AC electric energy by means of an autonomous inverter, matching the obtained AC frequency and voltage with AC mains and transferring energy to the mains, new is that the output voltage is autonomous of the inverter is filtered for each phase, increased by means of a transformer, the increased voltage is filtered, transmitted to the output switch connected to the three-phase alternating current network, information about the values of direct current and voltage at the input of the autonomous inverter and the phase instantaneous values of the increased filtered alternating current and voltage and network alternating current is transmitted to the control device, a comparison of the received information is made, control actions are generated for a pulse-width modulator a) they generate control signals for a key driver switching the keys of an autonomous inverter, synchronize the transformer output with an alternating current network by changing the voltage values and phase shifts of the phase voltages at the autonomous inverter output, turn on the transformer and the alternating current network in parallel operation by closing the output switch, reducing the asymmetry and surge current in the neutral, and carry out the transfer of electrical energy from renewable energy sources to the alternating current network.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока, содержащем последовательно соединенные первый фильтр, вход которого подключен к возобновляемому источнику энергии постоянного тока, а выход к входу автономного инвертора, соединенного через последовательно включенные второй фильтр, трансформатор, третий фильтр, коммутатор, с трехфазной сетью переменного тока, блок управления, первая группа входов которого подсоединена через датчики постоянного тока и постоянного напряжения к выходу первого фильтра, вторая группа входов подсоединена через первую группу датчиков переменного тока и переменного напряжения к выходу третьего фильтра, обеспечивающих измерение значений токов каждой фазы и контролирующих фазные напряжения. Третья группа входов подсоединена через вторую группу датчиков переменного тока и переменного напряжения к сети переменного тока, обеспечивающих контроль значений токов каждой фазы и фазных напряжений сети, первый выход блока управления через широтно-импульсный модулятор соединен с входом драйвера ключей, выход которого соединен с входом автономного инвертора, а второй выход блока управления соединен с коммутатором.The technical result is also achieved by the fact that in the device for switching DC electric energy of renewable sources into a three-phase AC network containing a first-connected filter in series, the input of which is connected to a renewable DC-energy source, and the output to the input of an autonomous inverter connected through a second filter, transformer, third filter, switch, with a three-phase AC network, control unit, the first group of inputs of which is subs connected through the sensors of direct current and constant voltage to the output of the first filter, the second group of inputs is connected through the first group of sensors of alternating current and alternating voltage to the output of the third filter, providing measurement of current values of each phase and controlling phase voltage. The third group of inputs is connected through a second group of sensors of alternating current and alternating voltage to the alternating current network, providing control of the values of currents of each phase and phase voltages of the network, the first output of the control unit through a pulse-width modulator is connected to the input of the key driver, the output of which is connected to the input of the autonomous inverter, and the second output of the control unit is connected to the switch.

Заявленный способ и устройство коммутации электрической энергии возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного имеют отличия от наиболее близких аналогов, следовательно, заявленные решения удовлетворяют условию патентоспособности изобретения «новизна».The claimed method and device for switching electrical energy of renewable sources into a three-phase AC network differs from the closest analogues, therefore, the claimed solutions satisfy the patentability condition of the invention of “novelty”.

Анализ уровня техники на соответствие заявленных решений условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень» показал следующее.The analysis of the prior art for compliance of the claimed solutions with the condition of patentability of the invention “inventive step” showed the following.

Использование известных способов и устройств бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающих на возобновляемых источниках энергии, включающих преобразование энергии возобновляемого источника энергии в электрическую энергию переменного тока, преобразование посредством выпрямителя энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения источника, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе, выдачу энергии на нагрузку потребителя с регулированием широтно-импульсного преобразователя из условия поддержания на входе стабилизатора напряжения, не обеспечивает возможности уменьшения асимметрии трехфазного переменного тока при передаче в сеть преобразованной энергии и обеспечения высокой надежности при защитных отключениях или выходе из строя инвертора вследствие нестабильности фазных напряжений сети и возникновения больших уравнительных фазных токов и тока в нейтрали. Заявляемый способ и устройство позволяют передавать преобразованную энергию в наиболее нагруженную фазу сети, уменьшить асимметрию и повысить надежность, значительно снизить вероятность защитных отключений. Таким образом, группа заявленных решений удовлетворяют условию патентоспособности «изобретательский уровень».The use of known methods and devices for uninterrupted power supply to consumers of the electric power system operating on renewable energy sources, including converting the energy of a renewable energy source into AC electric energy, converting AC energy into direct current energy through a rectifier, stabilizing the voltage of the source, storing DC energy in the battery , energy output to consumer load with pulse width control converter from the condition of maintaining a voltage stabilizer at the input, does not provide the possibility of reducing the asymmetry of three-phase alternating current during transmission of converted energy to the network and ensuring high reliability during protective shutdowns or failure of the inverter due to instability of the phase voltage of the network and the occurrence of large equalizing phase currents and current in neutral. The inventive method and device can transmit converted energy to the most loaded phase of the network, reduce asymmetry and increase reliability, significantly reduce the likelihood of protective outages. Thus, a group of the claimed solutions satisfy the condition of patentability "inventive step".

Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.The claimed inventions are so interconnected that they form a single inventive concept. Therefore, the claimed invention satisfy the requirement of unity of invention.

Применение заявляемого изобретения в энергетике при организации электроснабжения ответственных потребителей переменного тока с использованием электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников позволяет считать его соответствующим условию патентоспособности и критерию "промышленная применимость".The use of the claimed invention in the energy sector when organizing power supply for responsible consumers of alternating current using electric energy of direct current from renewable sources allows us to consider it as meeting the patentability condition and the criterion of "industrial applicability".

Заявляемая группа изобретений поясняются чертежами, где на фиг. 1 схематически изображена реализация способа коммутации электрической энергии возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока, а на фиг. 2 представлена функциональная схема устройства для реализации способа.The claimed group of inventions is illustrated by drawings, where in FIG. 1 schematically depicts an implementation of a method for switching electrical energy from renewable sources into a three-phase AC network, and FIG. 2 shows a functional diagram of a device for implementing the method.

Способ коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока (фиг. 1) включает фильтрацию (1) питающего постоянного тока (е=), преобразование энергии возобновляемого источника энергии постоянного тока (е=) в электрическую энергию переменного тока посредством автономного инвертора, согласование полученного переменного тока по частоте и напряжению с сетью переменного тока и передачу энергии в сеть (2). Выходное напряжение автономного инвертора фильтруют по каждой фазе (3), повышают посредством трансформатора (4), повышенное напряжение фильтруют (5), передают на выходной коммутатор, связанный с сетью переменного трехфазного тока (6). Измеряют значения постоянного тока и постоянного напряжения на входе автономного инвертора (7), передают (8) на устройство управления информацию о мгновенных фазных значениях повышенного отфильтрованного переменного тока и переменного напряжения (9) и напряжения сети переменного тока (10), производят сравнение (8) полученной информации, формируют управляющие воздействия (11) для широтно-импульсного модулятора, вырабатывают управляющие сигналы для драйвера ключей, коммутирующего ключи автономного инвертора, синхронизируют выход трансформатора с сетью переменного тока путем изменения значений напряжений и фазовых сдвигов фазных напряжений на выходе автономного инвертора (12). При уменьшении отклонений значений напряжений и фазовых сдвигов повышенного преобразованного трехфазного напряжения на выходе трансформатора и сети переменного тока до допустимых пределов включают в параллельную работу трансформатор и сеть переменного тока путем замыкания (6) выходного коммутатора, уменьшая асимметрию и уравнительный ток в нейтрали, и осуществляют передачу электрической энергии возобновляемых источников энергии в сеть переменного тока.The method of switching electrical energy of direct current of renewable sources into a three-phase AC network (Fig. 1) includes filtering (1) a supply of direct current (e =), converting the energy of a renewable source of direct current energy (e =) into electrical energy of an alternating current by means of an autonomous inverter , matching the obtained alternating current in frequency and voltage with the alternating current network and transferring energy to the network (2). The output voltage of the autonomous inverter is filtered for each phase (3), increased by means of a transformer (4), the increased voltage is filtered (5), and transmitted to the output switch connected to the three-phase alternating current network (6). The values of direct current and direct voltage at the input of an autonomous inverter (7) are measured, information (8) about the instantaneous phase values of the increased filtered alternating current and alternating voltage (9) and alternating current voltage (10) is transmitted to the control device, and a comparison is made (8 ) of the received information, form the control actions (11) for the pulse-width modulator, generate control signals for the key driver, switching the keys of the autonomous inverter, synchronize the output of the transform ora AC network voltages by changing the values of the phase shifts and the phase voltages at the output of auxiliary inverter (12). When reducing the deviations of the voltage values and phase shifts of the increased converted three-phase voltage at the output of the transformer and the AC network to acceptable limits, the transformer and the AC network are switched on in parallel by closing (6) the output switch, reducing the asymmetry and surge current in the neutral, and transfer renewable energy electric power into an alternating current network.

Устройство, реализующее способ коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока (фиг. 2), содержит силовую цепь, представляющую последовательно соединенные первый фильтр 14, вход которого 13 подключен к возобновляемому источнику энергии постоянного тока (на чертеже не показан), а выход фильтра 14 к входу автономного инвертора 15, соединенного через последовательно включенные второй фильтр 16, трансформатор 17, третий фильтр 18, коммутатор 19 с трехфазной сетью переменного тока 20. Первая группа входов блока управления 21 подсоединена через датчики постоянного тока 22 и постоянного напряжения 23 к выходу первого фильтра 14, вторая группа входов подсоединена через первую группу датчиков переменного тока 24 и переменного напряжения 25 к выходу третьего фильтра 18, обеспечивающих измерение значений токов каждой фазы и контролирующих фазные напряжения. Третья группа входов устройства управления 21 подсоединена через вторую группу датчиков переменных токов 26 и переменных напряжений 27 к сети переменного тока 20 и обеспечивает контроль значений токов каждой фазы и фазных напряжений сети. Первый выход блока управления 21 через широтно-импульсный модулятор 28 соединен с входом драйвера ключей 29, выход которого соединен с входом автономного инвертора 15, а второй выход блока управления 21 соединен с коммутатором 19.A device that implements a method for switching DC electric energy of renewable sources into a three-phase AC network (Fig. 2), contains a power circuit representing a first filter 14 connected in series, the input of which 13 is connected to a renewable DC power source (not shown in the drawing), and the output of the filter 14 to the input of the autonomous inverter 15 connected through series-connected second filter 16, transformer 17, third filter 18, switch 19 with a three-phase AC network 20. Per the first group of inputs of the control unit 21 is connected through the sensors of direct current 22 and constant voltage 23 to the output of the first filter 14, the second group of inputs is connected through the first group of sensors of alternating current 24 and alternating voltage 25 to the output of the third filter 18, providing measurement of current values of each phase and controlling phase voltage. The third group of inputs of the control device 21 is connected through a second group of sensors of alternating currents 26 and alternating voltages 27 to an alternating current network 20 and provides control of the values of currents of each phase and phase voltages of the network. The first output of the control unit 21 through a pulse-width modulator 28 is connected to the input of the key driver 29, the output of which is connected to the input of the autonomous inverter 15, and the second output of the control unit 21 is connected to the switch 19.

Устройство, реализующее способ коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока, работает следующим образом.A device that implements a method for switching DC electric energy of renewable sources into a three-phase AC network, operates as follows.

Преобразованный постоянный ток возобновляемых источников энергии поступает на вход 13 первого фильтра 14, снижающего пульсацию напряжения при преобразовании и аккумулировании энергии возобновляемых источников энергии (на чертеже не показаны). Постоянное сглаженное напряжение (i1, U1=) подается на вход автономного инвертора 15, выполненного по трехфазной мостовой схеме. Блок управления 21 посредством датчика постоянного тока 22 и датчика постоянного напряжения 23 осуществляет мониторинг основных параметров цепи постоянного тока и формирует с помощью ШИМ (широтно-импульсного модулятора 28) симметричное синусоидальное трехфазное напряжение U2=(U6/k), где U6 величина фазного напряжения сети 20, k - коэффициент трансформации повышающего трансформатора 17. Широтно-импульсный модулятор 28 с помощью драйвера ключей 29, где каждая фаза образована индивидуальным управляющим драйвером, преобразует выходные сигналы ШИМ в выходной каскад U (Ta, Tb, Tc) для управления электронными ключами автономного инвертора 15. Электронные ключи автономного инвертора 15 по сигналам блока управления 21 открываются и запираются таким образом, что формируемые при этом различные по длительности импульсы тока складываются в результирующую кривую синусоидальной формы с постоянной частотой (U2 f2), равной частоте сети 20. Для сглаживания пульсаций на выходе инвертора 15 установлен синусоидальный фильтр 16. Сглаженный синусоидальный переменный ток (U3, i3 (a, b, c)) подается на вход повышающего трансформатора 17, выходной трансформированный трехфазный переменный ток (U4, i4 (А, В, С)) подается на вход фильтра электромагнитной совместимости 18, выход которого соединен с входом силовой цепи коммутатора 19. Повышенный отфильтрованный переменный ток (U5, i5 (А, В, С)) синхронизируется блоком управления 21 по действующему значению фазных напряжений (U6) питающей сети 20, определенных с помощью датчиков напряжения 25, 27.The converted direct current of renewable energy sources is supplied to the input 13 of the first filter 14, which reduces the voltage ripple during the conversion and accumulation of renewable energy sources (not shown). A constant smoothed voltage (i 1 , U 1 =) is supplied to the input of an autonomous inverter 15 made according to a three-phase bridge circuit. The control unit 21 by means of a direct current sensor 22 and a constant voltage sensor 23 monitors the main parameters of the direct current circuit and generates a symmetric sinusoidal three-phase voltage U 2 = (U6 / k) using PWM (pulse width modulator 28), where U6 is the magnitude of the phase voltage network 20, k is the transform coefficient of the step-up transformer 17. The pulse-width modulator 28 using the key driver 29, where each phase is formed by an individual control driver, converts the PWM output signals to the output cascade U (Ta, Tb, Tc) for controlling the electronic keys of the autonomous inverter 15. The electronic keys of the autonomous inverter 15 are opened and locked by the signals of the control unit 21 in such a way that the current pulses of different duration are formed into a resulting sinusoidal waveform with constant frequency (U 2 f 2 ) equal to the frequency of the network 20. To smooth the ripples at the output of the inverter 15, a sine filter 16 is installed. A smoothed sinusoidal alternating current (U3, i3 (a, b, c)) is supplied to the input of the increasing transformer 17, the output transformed three-phase alternating current (U 4 , i 4 (A, B, C)) is supplied to the input of the electromagnetic compatibility filter 18, the output of which is connected to the input of the power circuit of the switch 19. The increased filtered alternating current (U 5 , i 5 (A, B, C)) is synchronized by the control unit 21 according to the actual value of the phase voltages (U 6 ) of the supply network 20, determined using voltage sensors 25, 27.

В предпочтительном варианте реализации заявленной группы изобретений блок управления 21 с помощью ШИМ 28 и драйвера ключей 29 формирует симметричное синусоидальное трехфазное напряжение выхода повышающего трансформатора 17, с помощью датчика напряжения 27 на стороне сети 20 осуществляет мониторинг текущих значений фазных напряжений сети (U6 (А, В, С)), для фаз с меньшей величиной напряжения система управления 21 формирует управляющий сигнал для фазного корректирования путем уменьшения ширины импульса по заданному алгоритму, тем самым уменьшая величину фазного выходного напряжения автономного инвертора 15. Фазное корректирование может быть выполнено через один из выходов блока управления и может воздействовать непосредственно на драйвер ключей 29, где каждая фаза образована индивидуальным управляющим драйвером. Блок управления 21 синхронизирует фазное напряжение (U5, i5 (А, В, С)) выхода третьего фильтра 18 с входом/выходом 20 сетевого напряжения (U6, i6 (А, В, С)), по управляющему сигналу U(в) замыкает силовые контакты коммутатора 19, включает в параллельную работу повышающий трансформатор 17 с сетью переменного тока 20. Блок управления 21 с помощью фазного корректирования путем увеличения ширины импульса по заданному алгоритму для фаз с меньшей величиной напряжения начинает увеличивать амплитуду выходного напряжения, ток в соответствующих фазах изменит направление и начнет возрастать. Блок управления 21 осуществляет постоянный контроль величин фазных токов выхода повышающего трансформатора 17 с помощью датчика переменного тока 24, увеличивает амплитуду фазных напряжений до номинальных значений трансформатора, при котором величина выходного тока (i5 (А, В, С)) сравняется с номинальным выходным током повышающего трансформатора 17. При этом электрическая энергия через замкнутые силовые контакты коммутатора 19 коммутируется в питающую трехфазную сеть переменного тока 20. Вследствие передачи электрической энергии в сеть 20 уменьшается нагрузка в данной фазе сетевого трансформатора на аналогичное количество электрической энергии, что приводит к уменьшению асимметрии сети и выравниванию электрической нейтрали сетевого напряжения (U6, i6 (А, В, С)), а при значительной номинальной мощности предлагаемого устройства уравнивается фазная нагрузка сетевого трансформатора и практически полностью устраняется фазная асимметрия сетевого трансформатора. Стабилизация фазных токов трансформатора при возможных колебаниях параметров (амплитуды, частоты или фазы) напряжения питающей сети достигается регулированием ШИМ 28 ширины импульса по заданному алгоритму, образуя замкнутую систему управления устройством, ведомую сетью.In a preferred embodiment of the claimed group of inventions, the control unit 21, using the PWM 28 and the key driver 29, generates a symmetric sinusoidal three-phase output voltage of the step-up transformer 17, using the voltage sensor 27 on the network side 20 monitors the current values of the phase voltage of the network (U6 (A, B , C)), for phases with a lower voltage value, the control system 21 generates a control signal for phase correction by reducing the pulse width according to a given algorithm, thereby reducing the magnitude of the phase output voltage of the autonomous inverter 15. Phase correction can be performed through one of the outputs of the control unit and can act directly on the key driver 29, where each phase is formed by an individual control driver. The control unit 21 synchronizes the phase voltage (U5, i5 (A, B, C)) of the output of the third filter 18 with the input / output 20 of the mains voltage (U6, i6 (A, B, C)), closes by the control signal U (b) the power contacts of the switch 19, includes a parallel step-up transformer 17 with an alternating current network 20. The control unit 21, using phase correction by increasing the pulse width according to a given algorithm for phases with a lower voltage, starts to increase the amplitude of the output voltage, the current in the corresponding phases will change direction laziness and will begin to increase. The control unit 21 constantly monitors the phase currents of the output of the step-up transformer 17 using an AC sensor 24, increases the amplitude of the phase voltages to the nominal values of the transformer, at which the output current (i5 (A, B, C)) is equal to the rated output current of the step-up transformer transformer 17. In this case, the electric energy through the closed power contacts of the switch 19 is switched into a supply three-phase AC network 20. Due to the transfer of electric energy to the network 20 mind The load in this phase of the network transformer is reduced to a similar amount of electric energy, which leads to a decrease in the asymmetry of the network and the equalization of the electric neutral of the mains voltage (U6, i6 (A, B, C)), and with a significant rated power of the proposed device, the phase load of the network transformer is equalized and phase asymmetry of the network transformer is almost completely eliminated. Stabilization of the phase currents of the transformer with possible fluctuations in the parameters (amplitude, frequency or phase) of the supply voltage is achieved by regulating the PWM 28 pulse width according to a predetermined algorithm, forming a closed device control system driven by the network.

Возможна также реализация заявленного способа и устройства, при которой блок управления (9) с учетом угла сдвига фаз сетевого напряжения с помощью ШИМ 28 и драйвера ключей 29 формирует симметричное синусоидальное трехфазное напряжение с заданным углом сдвига фаз, несколько меньшим 120°, по управляющему сигналу U(в) замыкает силовые контакты коммутатора 19, включает в параллельную работу вторичную обмотку повышающего трансформатора 17 и питающую сеть 20. Блок управления 21 с помощью ШИМ 28 начинает увеличивать угол сдвига фаз до 120 электрических градусов, при этом ток в фазах с меньшей величиной сетевого напряжения изменит направление и начнет возрастать, а преобразованная электрическая энергия через замкнутые силовые контакты коммутатора 19 будет передаваться в питающую трехфазную сеть переменного тока 20. Электрическая энергии, отдаваемая в сеть, уменьшит нагрузку в данной фазе сетевого трансформатора и асимметрию сети, выравнивая электрическую нейтраль сетевого напряжения (U6, i6 (А, В, С)). При значительной номинальной мощности предлагаемого устройства происходит выравнивание фазной нагрузки сетевого трансформатора и устранение фазной асимметрии сети. Стабилизация фазных токов трансформатора при возможных колебаниях параметров (амплитуды, частоты или фазы) напряжения питающей сети достигается регулированием ШИМ 28 угла сдвига симметричного синусоидального трехфазного напряжения (U2, i2) выхода автономного инвертора 15, при возрастании выходного тока трансформатора 17 выше номинальных значений уменьшается угол сдвига относительно 120°. При снижении выходного тока трансформатора 17 ниже номинальных значений увеличивается угол сдвига фаз относительно 120° и создается замкнутая система управления устройством, ведомым сетью.It is also possible to implement the claimed method and device, in which the control unit (9), taking into account the phase angle of the mains voltage using PWM 28 and the key driver 29, generates a symmetric sinusoidal three-phase voltage with a given phase angle slightly less than 120 °, according to the control signal U (c) closes the power contacts of the switch 19, switches on the secondary winding of the step-up transformer 17 and the supply network 20. In parallel, the control unit 21, using PWM 28, starts to increase the phase angle to 120 electrical g Aduces, while the current in phases with a smaller value of the mains voltage will change direction and begin to increase, and the converted electric energy through the closed power contacts of the switch 19 will be transferred to the supplying three-phase AC network 20. The electric energy supplied to the network will reduce the load in this phase network transformer and asymmetry of the network, aligning the electrical neutral of the mains voltage (U 6 , i 6 (A, B, C)). With a significant rated power of the proposed device, the phase load of the network transformer is balanced and the phase asymmetry of the network is eliminated. The stabilization of the phase currents of the transformer with possible fluctuations in the parameters (amplitude, frequency or phase) of the supply voltage is achieved by adjusting the PWM 28 of the shift angle of the symmetric sinusoidal three-phase voltage (U 2 , i 2 ) of the output of the autonomous inverter 15, with an increase in the output current of the transformer 17 above the nominal values decreases shear angle relative to 120 °. When the output current of the transformer 17 decreases below the nominal values, the phase angle increases relative to 120 ° and a closed control system for the device driven by the network is created.

Заявленная группа изобретений способствует созданию способа и устройства коммутации электрической энергии возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока, обеспечивающих уменьшение асимметрии трехфазного переменного тока при передаче в сеть преобразованной энергии постоянного тока возобновляемых источников энергии и высокую надежность, исключающую влияние нестабильности фазных напряжений сети.The claimed group of inventions contributes to the creation of a method and device for switching electric energy of renewable sources into a three-phase alternating current network, which ensures a decrease in the asymmetry of three-phase alternating current when transferring renewed energy sources to the converted DC energy network and high reliability, eliminating the influence of instability of phase voltage of the network.

Claims (2)

1. Способ коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока, включающий фильтрацию питающего постоянного тока, преобразование энергии возобновляемого источника постоянного тока в электрическую энергию переменного тока посредством автономного инвертора, согласование полученного переменного тока по частоте и напряжению с сетью переменного тока и передачу энергии в сеть, отличающийся тем, что выходное напряжение автономного инвертора фильтруют по каждой фазе, повышают посредством трансформатора, повышенное напряжение фильтруют, передают на выходной коммутатор, связанный с сетью переменного трехфазного тока, информацию о значениях тока и напряжения постоянного тока на входе автономного инвертора передают на устройство управления, информацию о мгновенных фазных значениях повышенного отфильтрованного переменного тока и напряжения сети переменного тока передают на устройство управления, производят сравнение полученной информации, формируют управляющие воздействия для широтно-импульсного модулятора, вырабатывают управляющие сигналы для драйвера ключей, коммутирующего ключи автономного инвертора, синхронизируют выход трансформатора с сетью переменного тока путем изменения значений напряжений и фазовых сдвигов фазных напряжений на выходе автономного инвертора, включают в параллельную работу трансформатор и сеть переменного тока путем замыкания выходного коммутатора, уменьшая асимметрию и уравнительный ток в нейтрали, и осуществляют передачу электрической энергии возобновляемых источников энергии в сеть переменного тока.1. The method of switching DC electric energy of renewable sources into a three-phase AC network, including filtering the DC power supply, converting the energy of a renewable DC source into AC electric energy by means of an autonomous inverter, matching the received alternating current in frequency and voltage with the AC network, and energy transfer to the network, characterized in that the output voltage of the autonomous inverter is filtered for each phase, increase the average by means of a transformer, the increased voltage is filtered, transmitted to the output switch connected to the three-phase alternating current network, information about the values of current and DC voltage at the input of the autonomous inverter is transmitted to the control device, information about the instantaneous phase values of the increased filtered AC and AC voltage transmit to the control device, compare the received information, form control actions for the pulse-width modulator, in They generate control signals for the key driver that commutates the keys of the autonomous inverter, synchronize the transformer output with the AC network by changing the values of the voltages and phase shifts of the phase voltages at the output of the autonomous inverter, turn on the transformer and the AC network in parallel by closing the output switch, reducing asymmetry and equalizing current in neutral, and transfer electric energy of renewable energy sources to the alternating current network. 2. Устройство коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока по п. 1, содержащее силовую цепь, включающую последовательно соединенные первый фильтр, вход которого подключен к возобновляемому источнику энергии постоянного тока, а выход к входу автономного инвертора, соединенного через последовательно включенные второй фильтр, трансформатор, третий фильтр и коммутатор с трехфазной сетью переменного тока, блок управления, первая группа входов которого подсоединена через датчики постоянного тока и напряжения к выходу первого фильтра, вторая группа входов подсоединена через первую группу датчиков переменных токов и напряжений, выполненных с возможностью измерения значений токов каждой фазы и контролирующих фазные напряжения, к выходу третьего фильтра, третья группа входов подсоединена через вторую группу датчиков переменных токов и напряжений, выполненных с возможностью контроля значений токов каждой фазы и фазных напряжений сети, к сети переменного тока, первый выход блока управления через широтно-импульсный модулятор соединен с входом драйвера ключей, выход которого соединен с входом автономного инвертора, а второй выход блока управления соединен с коммутатором.2. A device for switching DC electric energy of renewable sources into a three-phase AC network according to claim 1, comprising a power circuit including a first filter connected in series, the input of which is connected to a renewable DC energy source, and the output to an input of an autonomous inverter connected in series included second filter, transformer, third filter and switch with a three-phase AC network, control unit, the first group of inputs of which is connected through yes DC and voltage sensors to the output of the first filter, the second group of inputs is connected through the first group of sensors of alternating currents and voltages, configured to measure the current values of each phase and controlling phase voltages, to the output of the third filter, the third group of inputs is connected through the second group of variable sensors currents and voltages, configured to control the values of currents of each phase and phase voltage of the network, to an alternating current network, the first output of the control unit through the pulse width sny modulator connected to the input key driver whose output is connected to the input of auxiliary inverter, and the second control unit is connected to the output switch.
RU2017131633A 2017-09-11 2017-09-11 Renewable sources direct current electric energy switching to the three-phase ac network method and device RU2659811C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131633A RU2659811C1 (en) 2017-09-11 2017-09-11 Renewable sources direct current electric energy switching to the three-phase ac network method and device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131633A RU2659811C1 (en) 2017-09-11 2017-09-11 Renewable sources direct current electric energy switching to the three-phase ac network method and device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2659811C1 true RU2659811C1 (en) 2018-07-04

Family

ID=62815881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017131633A RU2659811C1 (en) 2017-09-11 2017-09-11 Renewable sources direct current electric energy switching to the three-phase ac network method and device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2659811C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3242993A1 (en) * 1982-11-20 1984-05-24 Licentia Gmbh REGULATOR DEVICE FOR CONTROLLING THE POWER OF PARALLEL-OPERATED INVERTERS AND FOR MONITORING THE POWER CONTROL
RU2153752C1 (en) * 1999-05-07 2000-07-27 Аккуратов Александр Владимирович Process of uninterrupted electric power supply of users of electric power system operating on recommenced sources of energy
RU2208890C1 (en) * 2002-02-06 2003-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" Method for no-break power supply to loads of power system operating on renewable energy sources (alternatives)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3242993A1 (en) * 1982-11-20 1984-05-24 Licentia Gmbh REGULATOR DEVICE FOR CONTROLLING THE POWER OF PARALLEL-OPERATED INVERTERS AND FOR MONITORING THE POWER CONTROL
RU2153752C1 (en) * 1999-05-07 2000-07-27 Аккуратов Александр Владимирович Process of uninterrupted electric power supply of users of electric power system operating on recommenced sources of energy
RU2208890C1 (en) * 2002-02-06 2003-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" Method for no-break power supply to loads of power system operating on renewable energy sources (alternatives)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101847490B1 (en) Method and apparatus for compensating non-active currents in electrical power networks
US10707782B2 (en) Bi-directional energy converter with multiple DC sources
EP2896109B1 (en) Uninterruptible power supply system with fast transfer for undervoltage source line failures
US9553526B2 (en) Bypassed cascaded cell converter
US10079558B2 (en) Switching scheme for static synchronous compensators using cascaded H-bridge converters
CN105305598B (en) Uninterruptible power supply and method of operation
JP5939096B2 (en) Power converter
AU2010284447A1 (en) AC connected modules with line frequency or voltage variation pattern for energy control
JP2010529826A (en) Prediction scheme and inductive inverter topology for step wave power converter
RU2008131964A (en) METHOD FOR SUPPLY OF RESERVE AUXILIARY CONSUMERS, AUXILIARY CONVERTER AND RAILWAY VEHICLE FOR CARRYING OUT THE METHOD
JP6583922B2 (en) Power converter
KR101027988B1 (en) Serial type compensating rectifier and Uninterruptible Power Supply having that
WO2019022745A1 (en) Switching scheme for static synchronous compensators using cascaded h-bridge converters
EP3807971A1 (en) Microgrid controller with one or more sources
WO2021205700A1 (en) Power conversion device
WO2019234884A1 (en) Control device and power control system
RU2659811C1 (en) Renewable sources direct current electric energy switching to the three-phase ac network method and device
RU95434U1 (en) MULTIFUNCTIONAL ENERGY COMPLEX (IEC)
KR100689325B1 (en) H-bridge multi-level inverter
JP2006311725A (en) Controller for power converter
RU168544U1 (en) COMBINED VOLTAGE CONTROL DEVICE
JP2009177901A (en) Uninterruptible power supply device
RU147184U1 (en) HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER FOR ELECTRIC DRIVE OF RESPONSIBLE MECHANISMS
RU196125U1 (en) DEVICE FOR COMPENSATION OF VOLTAGE AND REACTIVE POWER OF ELECTRIC NETWORK
EP4148946A1 (en) Power converter