RU2670961C9 - Single-phase active filter - Google Patents
Single-phase active filter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670961C9 RU2670961C9 RU2015104364A RU2015104364A RU2670961C9 RU 2670961 C9 RU2670961 C9 RU 2670961C9 RU 2015104364 A RU2015104364 A RU 2015104364A RU 2015104364 A RU2015104364 A RU 2015104364A RU 2670961 C9 RU2670961 C9 RU 2670961C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- current
- current signal
- phase
- power
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике и может быть использовано для повышения качества электроэнергии в однофазных электрических сетях.The invention relates to the electric power industry and electrical engineering and can be used to improve the quality of electricity in single-phase electric networks.
Основная часть потребителей электрической энергии, питаемых от однофазных силовых электрических сетей, имеют нелинейные нагрузочные характеристики, что приводит к появлению высших гармонических составляющих тока, искажению питающего напряжения в точках общего присоединения нагрузки и другим проблемам электромагнитной совместимости технических средств. Другой проблемой качества электроэнергии является значительная доля нагрузок, потребляющих реактивную мощность. Указанные проблемы приводят к значительным экономическим потерям.The main part of consumers of electric energy fed from single-phase power electric networks have non-linear load characteristics, which leads to the appearance of higher harmonic components of the current, distortion of the supply voltage at the points of the common load connection and other problems of electromagnetic compatibility of technical equipment. Another problem of power quality is a significant proportion of the loads consuming reactive power. These problems lead to significant economic losses.
Традиционным решением проблем качества электрической энергии является применение параллельных или последовательных пассивных резонансных фильтров, к недостатками которых относятся эффективность только на определенной частоте настройки, возможность резонансов с сетью и/или нагрузкой, большие массогабаритные показатели. Активные фильтры имеют меньший физический размер по сравнению с пассивными фильтрами. Недостатком известных активных фильтров, в целом, можно считать сложность конструкции и их систем управления. Гибридные фильтры объединяют пассивные и активные фильтры. Недостатком гибридных фильтров является ограниченная, по сравнению с чисто активными фильтрами, возможность подавления гармоник, поскольку параметры гибридного фильтра рассчитываются на эффективное подавление гармоник конкретного потребителя.The traditional solution to the problems of the quality of electric energy is the use of parallel or sequential passive resonant filters, the disadvantages of which include efficiency only at a certain tuning frequency, the possibility of resonances with the network and / or load, and large overall dimensions. Active filters have a smaller physical size than passive filters. The disadvantage of the known active filters, in General, can be considered the complexity of the design and their control systems. Hybrid filters combine passive and active filters. The disadvantage of hybrid filters is the limited, in comparison with purely active filters, harmonic suppression, since the parameters of the hybrid filter are calculated on the effective suppression of harmonics of a particular consumer.
Известен активный фильтр гармоник и корректор коэффициента мощности (патент US 5977660, дата приоритета 08.08.1997). Недостатком устройства, в частности, его системы управления является сравнение фактического тока линии с желаемым эталонным током в разных циклах периодической кривой тока, что приводит к снижению производительности в переходных режимах. В устройстве применяется датчик тока сети вместо датчика тока нагрузки, что приводит к дополнительным сложностям при монтаже. Вычисление эталонного тока требует данных среднеквадратичного значения напряжения каждой фазы, для вычисления которых необходимы дополнительные вычислительные ресурсы.The active harmonic filter and power factor corrector are known (US Pat. No. 5,977,660, priority date 08/08/1997). The disadvantage of the device, in particular, its control system is the comparison of the actual line current with the desired reference current in different cycles of the periodic current curve, which leads to a decrease in transient performance. The device uses a network current sensor instead of a load current sensor, which leads to additional difficulties during installation. Calculation of the reference current requires RMS voltage data for each phase, which requires additional computational resources to calculate.
Известен однофазный активный электрический фильтр (патент RU 2458381 С2, дата приоритета 11.02.2010). Недостатком данного устройства является отсутствие элемента, способного накапливать электрическую энергию, что говорит о невозможности обмена энергией между фильтром и сетью. Необходимость синхронизации с сетью системы формирования сигнала ошибки усложняет систему управления.Known single-phase active electric filter (patent RU 2458381 C2, priority date 02/11/2010). The disadvantage of this device is the lack of an element capable of storing electrical energy, which indicates the impossibility of energy exchange between the filter and the network. The need for synchronization with the network of the error signal generation system complicates the control system.
Известен однофазный компенсатор пассивных составляющих мгновенной мощности (патент RU 2249896 С2, дата приоритета 03.06.2003). Недостатком устройства является наличие датчиков тока линии и нагрузки, что усложняет монтаж компенсатора, поскольку требует два разрыва линейного провода. В силовой схеме компенсатора предусмотрены секционированный дроссель и ключ на двух тиристорах, усложняющие конструкцию силовой части схемы и увеличивающие габариты устройства.Known single-phase compensator for passive components of instantaneous power (patent RU 2249896 C2, priority date 06/03/2003). The disadvantage of this device is the presence of line current sensors and load, which complicates the installation of the compensator, since it requires two breaks in the linear wire. In the power circuit of the compensator, a sectioned inductor and a key on two thyristors are provided, which complicate the design of the power part of the circuit and increase the dimensions of the device.
Известен однофазный компенсатор пассивной мощности (патент RU 2146848 С1, дата приоритета 21.10.1997). Недостатком указанного устройства является использование аккумуляторных батарей и дополнительных элементов управления ими, что, помимо усложнения силовой схемы, приводит к необходимости периодической замены или заряда этих батарей в процессе эксплуатации устройства. Схема управления устройства предусматривает формирование задающего сигнала, повторяющего форму сетевого напряжения с амплитудой, зависящей от активной составляющей основной гармоники тока нагрузки. Данное решение не учитывает фактические изменения мгновенной мощности.Known single-phase compensator for passive power (patent RU 2146848 C1, priority date 10.21.1997). The disadvantage of this device is the use of rechargeable batteries and additional controls for them, which, in addition to complicating the power circuit, leads to the need for periodic replacement or charging of these batteries during operation of the device. The control circuit of the device provides for the formation of a driving signal that repeats the shape of the mains voltage with an amplitude depending on the active component of the main harmonic of the load current. This solution does not take into account actual changes in instantaneous power.
Прототипом является активный фильтр (патент US 7701090 В2, дата приоритета 28.06.2007), включаемый между энергосистемой и нагрузкой. Недостатком прототипа является то, что он не имеет функции коррекции коэффициента мощности. В прототипе не предусмотрено регулятора параметров накопительного элемента, который компенсирует потери энергии в элементах фильтра. Прототип предназначен для подавления высших гармоник тока нагрузки и не предполагает включение в произвольную точку электрической сети. Прототип требует вычисления мгновенной реактивной мощности, что является дополнительной операцией, реализация которой усложняет схему управления.The prototype is an active filter (patent US 7701090 B2, priority date 06/28/2007), included between the power system and the load. The disadvantage of the prototype is that it does not have a power factor correction function. The prototype does not provide a controller for the parameters of the storage element, which compensates for the energy loss in the filter elements. The prototype is designed to suppress the higher harmonics of the load current and does not involve inclusion in an arbitrary point in the electrical network. The prototype requires the calculation of instantaneous reactive power, which is an additional operation, the implementation of which complicates the control circuit.
Цель предлагаемого изобретения - упрощение схемы управления однофазного активного фильтра и расширение его функциональных возможностей.The purpose of the invention is to simplify the control circuit of a single-phase active filter and expand its functionality.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении коэффициента искажения синусоидальности тока и напряжения питающей сети и поддержании определенного коэффициента мощности при динамически изменяющейся нелинейной нагрузке. Предлагаемое изобретение может быть использовано для улучшения качества электрической энергии единственного потребителя, группы потребителей или участка электрической сети.The technical result of the invention is to reduce the distortion coefficient of the sinusoidality of the current and voltage of the supply network and maintaining a certain power factor with a dynamically changing non-linear load. The present invention can be used to improve the quality of electrical energy of a single consumer, group of consumers or section of the electrical network.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет того, что в однофазном активном фильтре, содержащем инвертор, накопительный конденсатор, фильтр пульсаций, измерительный преобразователь тока нагрузки, измерительный преобразователь тока фильтра, измерительный преобразователь напряжения фильтра, измерительный преобразователь напряжения накопительного конденсатора, контроллер системы управления, при этом контроллер системы управления включает регулятор напряжения накопительного конденсатора, генератор сигнала эталонного тока, сумматор-вычислитель сигнала тока искажения, сумматор-вычислитель сигнала тока ошибки, регулятор тока, широтно-импульсный модулятор, генератор сигнала эталонного тока включает блок задержки сигнала тока нагрузки, блок задержки сигнала напряжения фильтра, блок вычисления мгновенной активной мощности, фильтр нижних частот, вычислитель мгновенной реактивной мощности, задатчик фазового угла тока, сумматор, блок вычисления сигнала эталонного тока, отличающийся тем, что с целью упрощения системы управления и расширения функциональных возможностей однофазного активного фильтра генератор сигнала эталонного тока содержит вычислитель мгновенной реактивной мощности, задатчик фазового угла тока, причем вычислитель мгновенной реактивной мощности включен между выходом фильтра нижних частот и входом блока вычисления сигнала эталонного тока, выход задатчика фазового угла тока соединен с входом вычислителя мгновенной реактивной мощности.The technical result of the invention is achieved due to the fact that in a single-phase active filter containing an inverter, a storage capacitor, a ripple filter, a load current measuring transducer, a filter current measuring transducer, a filter voltage measuring transducer, a storage capacitor voltage measuring transducer, a control system controller, when this control system controller includes a storage capacitor voltage regulator, a signal generator reference current, distortion current signal adder, error current adder, current regulator, pulse-width modulator, reference current signal generator includes a load current signal delay unit, a filter voltage signal delay unit, an instantaneous active power calculation unit, a lower filter frequency, instantaneous reactive power calculator, phase angle current adjuster, adder, reference current signal calculating unit, characterized in that in order to simplify the control system and expand fun of the capabilities of a single-phase active filter, the reference current signal generator contains an instantaneous reactive power calculator, a phase angle current adjuster, the instantaneous reactive power calculator being connected between the low-pass filter output and the input of the reference current signal calculating unit, the output of the phase angle current adjuster is connected to the input of the instantaneous reactive calculator power.
Однофазный активный фильтр поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема активного фильтра, на фиг. 2 представлена блок-схема генератора эталонного сигнала тока. На фиг. 1: 101 - питающая сеть; 102 - зажимы нагрузки; 103 - инвертор; 104 - накопительный конденсатор; 105 - фильтр пульсаций; 106 - измерительный преобразователь напряжения фильтра; 107 - измерительный преобразователь напряжения накопительного конденсатора; 108 - измерительный преобразователь тока фильтра; 109 - измерительный преобразователь тока нагрузки; 110 - система управления; 111 - генератор сигнала эталонного тока; 112 - регулятор напряжения накопительного конденсатора; 113 - сумматор-вычислитель сигнала тока искажения; 114 - сумматор-вычислитель сигнала тока ошибки; 115 - регулятор тока; 116 - широтно-импульсный модулятор. На фиг. 2: 201 - блок задержки сигнала напряжения фильтра; 202 - блок задержки сигнала тока нагрузки; 203 - блок вычисления мгновенной активной мощности; 204 - фильтр нижних частот; 205 - вычислитель реактивной мощности; 206 - задатчик фазового угла тока; 207 - сумматор; 208 - блок вычисления сигнала эталонного тока.The single-phase active filter is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a block diagram of an active filter; FIG. 2 is a block diagram of a current reference signal generator. In FIG. 1: 101 - power supply network; 102 - load clamps; 103 - inverter; 104 - storage capacitor; 105 - ripple filter; 106 - filter voltage measuring transducer; 107 - measuring voltage converter of the storage capacitor; 108 - measuring current transducer of the filter; 109 - measuring converter of the load current; 110 - control system; 111 — reference current signal generator; 112 - voltage regulator of the storage capacitor; 113 - adder-calculator of the distortion current signal; 114 - adder-calculator of the error current signal; 115 - current regulator; 116 - pulse width modulator. In FIG. 2: 201 - filter voltage signal delay unit; 202 - block delay signal current load; 203 - block calculating instantaneous active power; 204 - low pass filter; 205 - reactive power computer; 206 - phase phase angle adjuster; 207 - adder; 208 is a block for calculating a reference current signal.
Однофазный активный фильтр, блок-схема которого представлена на фиг.1, работает следующим образом. Путем коммутации силовых ключей инвертора 103 по сигналам системы управления 110 обеспечивается подключение накопительного конденсатора 104 между питающей сетью 101 и нагрузкой 102 таким образом, чтобы ток питающей сети был максимально близок к значению, формируемому генератором сигнала эталонного тока 111.A single-phase active filter, the block diagram of which is presented in figure 1, operates as follows. By switching the power switches of the
Блок задержки сигнала напряжения фильтра 201 формирует сигнал un, отстающий от сигнала напряжения фильтра u на Т/4, где Т - период основной частоты напряжения питающей сети. Блок задержки сигнала тока нагрузки 202 формирует сигнал in, отстающий от сигнала тока нагрузки i на T/4, где Т - период основной частоты напряжения питающей сети. Блок вычисления мгновенной активной мощности 203 формирует значение мгновенной активной мощности р в соответствии с выражением:The delay block of the voltage signal of the
В общем случае нелинейной нагрузки значение мгновенной активной мощности р колеблется во времени относительно некоторого значения р' с частотой, большей или равной удвоенной частоте напряжения питающей сети. Значение р', представляющее собой постоянную составляющую мгновенной активной мощности р, выделяется фильтром нижних частот 204. Фильтрация цифрового сигнала может производиться путем его интегрирования в соответствии со следующим выражением:In the general case of a nonlinear load, the value of the instantaneous active power p fluctuates in time with respect to a certain value p 'with a frequency greater than or equal to twice the frequency of the supply voltage. The value of p ', which is a constant component of the instantaneous active power p, is allocated by the low-pass filter 204. The digital signal can be filtered by integrating it in accordance with the following expression:
где Tf - период интегрирования, причем Tf≥T.where T f is the integration period, and T f ≥T.
В отличие от прототипа вычисление потребляемой мгновенной реактивной мощности на основе мгновенных значений тока и напряжения и последующая ее фильтрация не выполняется. Вместо этого генератор сигнала эталонного тока содержит вычислитель мгновенной реактивной мощности 205 и задатчик фазового угла тока 206, причем вычислитель мгновенной реактивной мощности 205 включен между выходом фильтра нижних частот 204 и входом блока вычисления сигнала эталонного тока 208, выход задатчика фазового угла тока 206 соединен с входом вычислителя мгновенной реактивной мощности.Unlike the prototype, the calculation of the consumed instantaneous reactive power based on the instantaneous values of current and voltage and its subsequent filtering is not performed. Instead, the reference current signal generator comprises an instantaneous
Вычислитель мгновенной реактивной мощности 205 формирует значения реактивной мощности q' в соответствии с выражением:The calculator instantaneous
где ϕ - фазовый угол, формируемый задатчиком фазового угла тока 206.where ϕ is the phase angle formed by the master phase angle of the current 206.
Сумматор 207 выполняет сложение значения постоянной составляющей мгновенной активной мощности р' и значения мощности потерь pl для того, чтобы компенсировать потери энергии в однофазном активном фильтре.The
Блок вычисления сигнала эталонного тока 208 формирует сигнал эталонного тока i' в соответствии с выражениемThe reference current
Введение вычислителя мгновенной реактивной мощности 205 и задатчика фазового угла тока 206 позволяет, во-первых, отказаться от операции вычисления мгновенной реактивной мощности и ее последующей фильтрации в генераторе сигнала эталонного тока 111, что упрощает систему управления. Во-вторых, позволяет формировать сигнал эталонного тока с управляемым фазовым углом относительно напряжения питающей сети, что позволяет расширить функциональные возможности однофазного активного фильтра по сравнению с прототипом, обеспечивая, помимо уменьшения искажения кривой тока, управляемую компенсацию реактивной мощности нагрузки. Задатчик фазового угла 206 может принимать внешние управляющие сигналы.The introduction of an instantaneous
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104364A RU2670961C9 (en) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | Single-phase active filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104364A RU2670961C9 (en) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | Single-phase active filter |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015104364A RU2015104364A (en) | 2016-08-27 |
RU2015104364A3 RU2015104364A3 (en) | 2018-06-22 |
RU2670961C2 RU2670961C2 (en) | 2018-10-26 |
RU2670961C9 true RU2670961C9 (en) | 2018-11-21 |
Family
ID=56851871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015104364A RU2670961C9 (en) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | Single-phase active filter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2670961C9 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2776423C1 (en) * | 2021-03-18 | 2022-07-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Method for controlling a filter compensating apparatus under non-steady non-linear loads and apparatus for implementation thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146848C1 (en) * | 1997-10-21 | 2000-03-20 | Ульяновский государственный технический университет | Single-phase passive-power compensator |
US7701090B2 (en) * | 2007-01-18 | 2010-04-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Active filter |
RU2458381C2 (en) * | 2010-02-11 | 2012-08-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия" | Single-phase active electric filter |
-
2015
- 2015-02-10 RU RU2015104364A patent/RU2670961C9/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146848C1 (en) * | 1997-10-21 | 2000-03-20 | Ульяновский государственный технический университет | Single-phase passive-power compensator |
US7701090B2 (en) * | 2007-01-18 | 2010-04-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Active filter |
RU2458381C2 (en) * | 2010-02-11 | 2012-08-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия" | Single-phase active electric filter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2776423C1 (en) * | 2021-03-18 | 2022-07-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Method for controlling a filter compensating apparatus under non-steady non-linear loads and apparatus for implementation thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2670961C2 (en) | 2018-10-26 |
RU2015104364A (en) | 2016-08-27 |
RU2015104364A3 (en) | 2018-06-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Autonomous control of inverter-interfaced distributed generation units for harmonic current filtering and resonance damping in an islanded microgrid | |
WO2014174667A1 (en) | Resonance suppression device | |
TWI522767B (en) | Photovoltaic power generation system | |
KR101562848B1 (en) | Method for uninterruptible power supply system control by using active damping control scheme and repeat control techniques | |
RU155594U1 (en) | MULTIFUNCTIONAL ELECTRICITY QUALITY REGULATOR FOR THREE PHASE DISTRIBUTION SYSTEMS OF ELECTRICITY SUPPLY OF 0.4 KV | |
Rajakumar et al. | Enhancement of power quality using double‐band hysteresis controller for the grid integrated renewable energy system | |
Dybko et al. | Active power filter with battery energy storage based on NPC inverters | |
CN101976967A (en) | Method for controlling balance of three-level inverter and direct current busbar voltage | |
Fahmy et al. | A four leg shunt active power filter predictive fuzzy logic controller for low-voltage unbalanced-load distribution networks | |
RU2670961C9 (en) | Single-phase active filter | |
Khalid et al. | Comparative evaluation of various control strategies for shunt active power filters in aircraft power utility of 400 Hz | |
CN106030438B (en) | The system and method for the stabilization of power grids | |
RU126529U1 (en) | ACTIVE CURRENT FILTER | |
Rozanov et al. | Multifunctional power quality controller based on power electronic converter | |
Anjana et al. | Reducing harmonics in micro grid distribution system using APF with PI controller | |
RU198721U1 (en) | DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR | |
Acuña et al. | Simple and robust multi-objective predictive control method for a single-phase three-level NPC converter based active power filter | |
Verma et al. | Modelling and simulation of single-phase series active compensator for power quality improvement | |
Bosch et al. | Active power filter with model based predictive current control in natural and dq frame | |
Jena et al. | Comparative study between different control strategies for shunt active power filter | |
Demirdelen et al. | Modeling and analysis of a multilevel parallel hybrid active power filter | |
Islam et al. | Series active power filter implementation using PQ theory | |
Majji et al. | Optimal switching control of series custom power device for voltage quality improvement | |
Chebabhi et al. | Artificial neural network based synchronous reference frame theory in the dq0 axes for reference harmonic currents generation of a four leg shunt active power filter | |
Bacon et al. | Selective harmonic currents suppressing applied to a three-phase shunt active power filter based on adaptive filters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Reissue of patent specification | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180822 |