RU2667479C1 - Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети - Google Patents

Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети Download PDF

Info

Publication number
RU2667479C1
RU2667479C1 RU2017122644A RU2017122644A RU2667479C1 RU 2667479 C1 RU2667479 C1 RU 2667479C1 RU 2017122644 A RU2017122644 A RU 2017122644A RU 2017122644 A RU2017122644 A RU 2017122644A RU 2667479 C1 RU2667479 C1 RU 2667479C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
currents
current
sensors
capacitor
Prior art date
Application number
RU2017122644A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Юрьевич Афанасьев
Ильдар Фависович Газизов
Андрей Алексеевич Кунгурцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
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 "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2017122644A priority Critical patent/RU2667479C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2667479C1 publication Critical patent/RU2667479C1/ru

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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электроэнергетике, может быть использовано в качестве устройства компенсации гармонических искажений токов трехфазной сети. Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании активного фильтра высших гармоник токов трехфазной сети, компенсирующего несинусоидальность токов нелинейной нагрузки и реактивную мощность, имеющего малые массогабаритные показатели. Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети имеет трехфазный мостовой инвертор напряжения на IGBT-транзисторах 1-6 со встречно-параллельными диодами 7-12, дроссели входного фильтра 15-17, конденсатор на стороне постоянного тока 13, датчики напряжения для измерения мгновенных значений сетевого напряжения 20-22, датчики тока нагрузки 23-25, датчики тока активного фильтра 26-28, датчик напряжения на конденсаторе в цепи постоянного тока 18, генератор пилообразного напряжения 31, блоки системы управления 32-34. Благодаря введению конденсатора 14, датчика напряжения 19, датчика тока 29, а также реализации блоков системы управления согласно принципам комбинированного управления получен активный фильтр высших гармоник токов, компенсирующий несинусоидальность токов нелинейной нагрузки и ее реактивную мощность при малой массе и габаритах, кроме того с возможностью использования в качестве выпрямителя со стабилизированным напряжением для собственного потребителя. В качестве собственного потребителя могут выступать аккумуляторная батарея, элементы релейной защиты и информационная электроника. 1 ил.

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, конкретно к силовым электронным преобразователем, и может быть использовано в качестве устройства компенсации гармонических искажений токов трехфазной сети.
Известно устройство компенсации искажений тока и реактивной мощности, содержащее силовую часть и систему контроля и управления, при этом в силовую часть входит преобразователь постоянного тока в переменный, выполненный на основе IGBT-инвертора, с накопителем энергии в виде конденсатора, включенного на стороне постоянного тока преобразователя, и интегрирующий фильтр, связанный с выводами переменного тока упомянутого преобразователя и включенный через блок защиты и мягкого пуска (БЗМП) в сеть, а система контроля и управления содержит первый и второй датчики тока, блок ШИМ, в котором имеется широтно-импульсный модулятор (ШИМ), датчик напряжения, первый, второй и третий блоки аналого-цифрового преобразования (блоки АЦП), блок цифровой обработки, блок цифроаналогового преобразования (блок ЦАП). (Богачев B.C., Устройство компенсации искажений тока и реактивной мощности. Патент РФ №2393609, МПК H02J 3/18, опубл. 27.06.2010).
Данное устройство имеет сложную структуру, низкую надежность системы управления силовыми ключами, низкое быстродействие системы управления, наличие интегрирующего фильтра увеличивает массу и габариты.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является активный фильтр, состоящий из трехфазного мостового инвертора напряжения на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, соединенного выходами с сетью через фазные реакторы, емкостного накопителя на стороне постоянного тока, дополнительного полумостового инвертора на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, соединенный параллельно с трехфазным мостовым инвертором на стороне постоянного тока и выходом подключенный к нулевой линии сети, и системы управления, реализованной на микропроцессоре (Лоскутов А.Б., Алтунин Б.Ю., Карнавский И.А., Кралин А.А. Активный фильтр. Патент РФ №131916, МПК H02J 3/16, H02J 3/18, H02J 3/26 опубл. 27.08.2013).
Данный активный фильтр имеет дополнительное плечо инвертора на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, что усложняет устройство, повышает стоимость реализации фильтра. Наличие фазных реакторов увеличивает массу и габариты.
В последние годы большое внимание уделяется устройствам с активной фильтрацией. В таких устройствах существуют проблемы совмещения нескольких функций: компенсация несинусоидальности токов нелинейной нагрузки и реактивной мощности, обеспечение малой массы и габаритов.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании активного фильтра высших гармоник токов трехфазной сети, компенсирующего несинусоидальность токов базовой нелинейной нагрузки и ее реактивную мощность, имеющего малые массогабаритные показатели.
Технический результат достигается тем, что в активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети, состоящий из трехфазного мостового инвертора напряжения на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, дросселей входного фильтра, конденсатора на стороне постоянного тока, системы управления, трех датчиков напряжения, трех датчиков токов нагрузки, трех датчиков токов активного фильтра, датчика напряжения на конденсаторе в цепи постоянного тока, введены второй конденсатор на стороне постоянного тока, пятый датчик напряжения и седьмой датчик тока, первый-третий входные зажимы соединены с базовой цепью, содержащей нелинейную нагрузку, через последовательно соединенные первый-третий датчики тока, а также со средними точками первого-третьего плеч через последовательно соединенные первый-третий дроссели и четвертый-шестой датчики тока соответственно, первый зажим первого конденсатора соединен с плюсовой шиной мостовой схемы и с первым зажимом собственного потребителя через седьмой датчик тока, первый зажим второго конденсатора соединен с минусовой шиной мостовой схемы и со вторым зажимом собственного потребителя, вторые зажимы конденсаторов подключены к общему проводу, третий-пятый датчики напряжения подключены между первым-третьим входными зажимами соответственно и общим проводом, первый-второй датчики напряжения подключены между первым и вторым зажимами первого и второго конденсаторов соответственно, выходы первого-пятого датчиков напряжения и первого-седьмого датчиков тока соединены с входами первого-третьего блоков системы управления, а их выходы соединены с управляющими входами первого-шестого транзисторов, причем блоки системы управления выполнены с возможностью реализации законов формирования относительной длительности импульсов для фаз A, B, C:
Figure 00000001
где индекс D=A, B, C; u0 - суммарное выходное напряжение; uD, iD - напряжение и ток фазы; uS - падение напряжения на открытом полупроводниковом ключевом элементе, u2 - напряжение второго конденсатора; L - индуктивность дросселя; kP - постоянный коэффициент;
Figure 00000002
- требуемое значение тока фазы, iDH - значение тока высших гармоник, iDQ - значение тока, компенсирующего реактивную мощность.
Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг. 1, где
Фиг. 1 - схема активного фильтра.
На Фиг. 1 активный фильтр содержит IGBT-транзисторы 1-6 и диоды 7-12, образующие шесть силовых ключей, конденсаторы 13, 14, дроссели 15-17, датчики напряжения 18-22, датчики тока 23-29, входные зажимы A, B, C, собственный потребитель 30, генератор пилообразного напряжения 31, блоки системы управления 32-34.
IGBT-транзисторы 1-6 вместе с обратными диодами 7-12 соединены в мостовую схему. Входные зажимы A, B, C соединены с базовой цепью, содержащей нелинейную нагрузку, через датчики тока 23-25, а также со средними точками трех плеч через дроссели 15-17 и датчики тока 26-28. Датчики напряжения 20-22 подключены между зажимами A, B, C соответственно и общим проводом. Конденсаторы 13, 14 и датчики напряжения 18, 19 подключены между плюсовой и минусовой шиной мостовой схемы соответственно и общей точкой. Датчик тока 29 подключен между первым зажимом конденсатора 13 и первым зажимом собственного потребителя 30. Выходы датчиков напряжения 18-22 и датчиков тока 23-29 соединены с входами блоков системы управления 32-34.
Активный фильтр работает следующим образом. На входные зажимы A, B, C подается трехфазная система напряжений. Датчики напряжения 20-22 вырабатывают соответствующие этим напряжениям сигналы. Датчики напряжения 18, 19 вырабатывают сигналы, соответствующие напряжениям на конденсаторах 13, 14. Эти сигналы поступают на блоки управления, где сравниваются с требуемыми значениями. Блоки управления формируют внутренние сигналы управления uc1, uc2. В зависимости от полярности напряжений uA, uB, uC формируются мгновенные значения токов, которые обеспечивают требуемое значение напряжений на выходных конденсаторах:
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
Датчики тока 23-25 вырабатывают сигналы, пропорциональные токам нелинейной нагрузки. Эти сигналы полаются на блоки управления, где происходит выделение сигналов, пропорциональных токам высших гармоник jAH, jBH, jCH и токам первых гармоник jA1, jB1, jC1.
Для компенсации реактивной мощности в блоках управления формируются токи jAQ, jBQ, jCQ, определяющиеся следующим образом:
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
где uAB, uBC, uCA - мгновенные значения линейных напряжений фаз A, B, C, UAB, UBC, UCA - действующие значения линейных напряжений фаз A, B, C.
Далее сигналы jAH, jBH, jCH, jAQ, jBQ, jCO вычитаются из токов
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
Формируются мгновенные значения требуемых токов фильтра:
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Эти значения токов сравниваются с истинными значениями фазных токов jA, jB, jC, которые поступают от датчиков тока 26-28, и вырабатываются широтно-модулированные импульсы, поступающие на управляющие входы IGBT-транзисторов (см. формулу (1)).
Генерируются токи, соответствующие токам высших гармоник базовой нелинейной цепи с обратным знаком, происходит компенсация высших гармонических искажений токов, потребляемых из трехфазной сети. В результате потребляемые из сети суммарные токи нелинейной нагрузки и активного фильтра имеют форму, близкую к синусоидальной. Входные дроссели имеют малую индуктивность, так как предназначены для фильтрации входных токов от пульсаций на частоте ШИМ (десятки килогерц). Выходные конденсаторы имеют малую емкость, так как предназначены для фильтрации выходных напряжений от пульсаций на частоте ШИМ.
Сигналы uc1, uc2, входящие в выражения (2)-(4), могут быть сформированы согласно принципу комбинированного управления:
Figure 00000015
Figure 00000016
Таким образом, путем введения конденсатора, датчика напряжения, датчика тока, а также реализации блоков системы управления согласно принципам комбинированного управления, получен активный фильтр высших гармоник токов, компенсирующий гармонические искажения базовой нелинейной цепи, имеющий малые массогабаритные показатели, кроме того с возможностью использования в качестве выпрямителя со стабилизированным напряжением для собственного потребителя. В качестве собственного потребителя могут выступать аккумуляторная батарея, элементы релейной защиты и информационная электроника.

Claims (3)

  1. Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети, состоящий из трехфазного мостового инвертора напряжения на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах со встречно-параллельными диодами, дросселей входного фильтра, конденсатора на стороне постоянного тока, системы управления, трех датчиков напряжения, трех датчиков токов нагрузки, трех датчиков токов активного фильтра, датчика напряжения на конденсаторе в цепи постоянного тока, отличающийся тем, что введены второй конденсатор на стороне постоянного тока, пятый датчик напряжения и седьмой датчик тока, первый-третий входные зажимы соединены с базовой цепью, содержащей нелинейную нагрузку и потребляющей реактивную мощность, через последовательно соединенные первый-третий датчики тока, а также со средними точками первого-третьего плеч через последовательно соединенные первый-третий дроссели и четвертый-шестой датчики тока соответственно, первый зажим первого конденсатора соединен с плюсовой шиной мостовой схемы и с первым зажимом собственного потребителя через седьмой датчик тока, первый зажим второго конденсатора соединен с минусовой шиной мостовой схемы и со вторым зажимом собственного потребителя, вторые зажимы конденсаторов подключены к общему проводу, третий-пятый датчики напряжения подключены между первым-третьим входными зажимами соответственно и общим проводом, первый-второй датчики напряжения подключены между первым и вторым зажимами первого и второго конденсаторов соответственно, выходы первого-пятого датчиков напряжения и первого-седьмого датчиков тока соединены с входами первого-третьего блоков системы управления, а их выходы соединены с управляющими входами первого-шестого транзисторов, причем блоки системы управления выполнены с возможностью реализации законов формирования относительной длительности импульсов для фаз A, B, C:
  2. Figure 00000017
  3. где индекс D=A, B, C; u0 - суммарное выходное напряжение; uD, iD - напряжение и ток фазы; uS - падение напряжения на открытом полупроводниковом ключевом элементе, u2 - напряжение второго конденсатора; L - индуктивность дросселя; kP - постоянный коэффициент;
    Figure 00000018
    - требуемое значение тока фазы, iDH - значение тока высших гармоник, iDQ - значение тока, компенсирующего реактивную мощность.
RU2017122644A 2017-06-27 2017-06-27 Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети RU2667479C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017122644A RU2667479C1 (ru) 2017-06-27 2017-06-27 Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017122644A RU2667479C1 (ru) 2017-06-27 2017-06-27 Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2667479C1 true RU2667479C1 (ru) 2018-09-20

Family

ID=63580377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017122644A RU2667479C1 (ru) 2017-06-27 2017-06-27 Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2667479C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU193440U1 (ru) * 2019-05-31 2019-10-29 Акционерное общество "Корпорация "Стратегические пункты управления" АО "Корпорация "СПУ - ЦКБ ТМ" Устройство электроснабжения потребителей постоянного и переменного тока
RU207731U1 (ru) * 2021-07-07 2021-11-12 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» Трехфазный силовой фильтр высших гармоник тока
CN115912384A (zh) * 2022-12-21 2023-04-04 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 改善特高压直流受端含高比例新能源系统的电压稳定方法
CN115912384B (zh) * 2022-12-21 2024-05-28 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 改善特高压直流受端含高比例新能源系统的电压稳定方法

Citations (4)

* 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
WO2002005412A1 (en) * 2000-07-07 2002-01-17 Honeywell International Inc. Active filter and method for suppressing current harmonics
RU131916U1 (ru) * 2013-02-26 2013-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" НГТУ Активный фильтр
KR101661086B1 (ko) * 2016-06-20 2016-09-28 전력품질기술주식회사 능동전력필터 제어장치의 차수별 고조파 전류 검출 알고리즘

Patent Citations (4)

* 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
WO2002005412A1 (en) * 2000-07-07 2002-01-17 Honeywell International Inc. Active filter and method for suppressing current harmonics
RU131916U1 (ru) * 2013-02-26 2013-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" НГТУ Активный фильтр
KR101661086B1 (ko) * 2016-06-20 2016-09-28 전력품질기술주식회사 능동전력필터 제어장치의 차수별 고조파 전류 검출 알고리즘

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU193440U1 (ru) * 2019-05-31 2019-10-29 Акционерное общество "Корпорация "Стратегические пункты управления" АО "Корпорация "СПУ - ЦКБ ТМ" Устройство электроснабжения потребителей постоянного и переменного тока
RU207731U1 (ru) * 2021-07-07 2021-11-12 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» Трехфазный силовой фильтр высших гармоник тока
CN115912384A (zh) * 2022-12-21 2023-04-04 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 改善特高压直流受端含高比例新能源系统的电压稳定方法
CN115912384B (zh) * 2022-12-21 2024-05-28 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 改善特高压直流受端含高比例新能源系统的电压稳定方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Ground leakage current analysis and suppression in a 60-kW 5-level T-type transformerless SiC PV inverter
Stala et al. Results of investigation of multicell converters with balancing circuit—Part II
JP2004297999A (ja) 電力変換装置および電源装置
US20120163044A1 (en) Multilevel power converter or inverter arrangement using h bridges
EP3837759A1 (en) Electrical power converter
Piazza et al. New step-up/step-down DC–AC converter
Lopez et al. Current-sensorless power factor correction with predictive controllers
JP2013162658A5 (ru)
CN109193745B (zh) 柔性直流输电系统中的三次谐波抑制装置及输电系统
RU2667479C1 (ru) Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети
Pan et al. Performance enhancement of battery charger for electric vehicles using resonant controllers
JP2015012749A (ja) 電力変換装置
Hou et al. Design of single-phase shunt active filter for three-phase four-wire distribution systems
WO2013185847A1 (en) Method and apparatus for performing power conversion
Shid Pilehvar et al. An analysis on the main formulas of Z-source inverter
WO2016171575A1 (en) Dc/dc/ac converter system
RU126529U1 (ru) Активный фильтр тока
Madhav et al. MATLAB based analysis and simulation of multilevel inverters
RU2372706C1 (ru) Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока
Khairnar et al. Performance Analysis of Diode Clamped 3 Level MOSFET Based Inverter
Lin et al. Implementation of a three-phase high-power-factor rectifier with NPC topology
Ibekwe et al. AC to DC Converter Power Factor Correction Using Current Controlled Pulse Width Modulation (CCPWM) Techniques
Lung et al. Implementation of sigma-delta modulation controller for single-phase three-wire inverter in stand-alone operation applied for hybrid generation system for residential houses
RU2521613C1 (ru) Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока
RU122211U1 (ru) Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока

Legal Events

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

Effective date: 20200628