RU2699374C1 - Device for control of high-voltage frequency converter - Google Patents
Device for control of high-voltage frequency converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699374C1 RU2699374C1 RU2018127895A RU2018127895A RU2699374C1 RU 2699374 C1 RU2699374 C1 RU 2699374C1 RU 2018127895 A RU2018127895 A RU 2018127895A RU 2018127895 A RU2018127895 A RU 2018127895A RU 2699374 C1 RU2699374 C1 RU 2699374C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- active
- frequency converter
- output
- input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
-
- 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
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/443—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M5/45—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
- H02M5/451—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or frequency
-
- 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
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
-
- 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
- H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
- H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
- H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/75—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M7/757—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
- H02M7/758—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
- H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
- H02P27/12—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
- H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
- H02P27/14—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation with three or more levels of voltage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано для управления трехфазными трехуровневыми активными выпрямителями напряжения высоковольтного преобразователя частоты, система управления которого при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети переключает режим работы ключей активных выпрямителей с широтно-импульсного способа управления на релейно-векторное управление.The invention relates to the field of power converting equipment and can be used to control three-phase three-level active voltage rectifiers of a high-voltage frequency converter, the control system of which, for short-term asymmetrical voltage dips, switches the mode of operation of the keys of active rectifiers from a pulse-width control method to relay-vector control.
Известно устройство управления трехфазным активным выпрямителем напряжения, содержащее датчики тока и напряжения источника питания, датчик выпрямленного напряжения, широтно-импульсный модулятор, задатчик выпрямленного напряжения и задатчик реактивного тока источника питания, систему управления, включающая блок выделения симметричных составляющих напряжений прямой и обратной последовательностей в кривой напряжения источника питания, блок фазовой автоподстройке частоты, блок преобразования токов источника питания из неподвижной системы координат abc во вращающуюся систему координат dq, блок пропорционально-интегральных регуляторов активной и реактивной составляющих тока источника питания, блок преобразования управляющих напряжений прямой последовательности из вращающейся системы координат dq в неподвижную систему координат αβ, первый и второй сумматорами, блок преобразования управляющих напряжений из неподвижной системы координат αβ в систему координат abc и блок пропорционально-интегрального регулятора выпрямленного напряжения (см. патент РФ №161102, H02M 7/00).A control device for a three-phase active voltage rectifier is known, which contains current and voltage sensors of a power source, a rectified voltage sensor, a pulse-width modulator, a rectified voltage regulator and a reactive current generator of a power source, a control system including a unit for extracting symmetrical components of the voltage of the forward and reverse sequences in a curve voltage source, phase locked loop, power conversion unit coordinate systems abc into a rotating coordinate system dq, a block of proportional-integral controllers of the active and reactive components of the power supply current, a unit for converting direct sequence control voltages from a rotating coordinate system dq to a fixed coordinate system αβ, the first and second adders, a unit for converting control voltages from a fixed coordinate system αβ to the coordinate system abc and the unit of proportional-integral regulator of rectified voltage (see RF patent No. 161102,
Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы при кратковременных несимметричных провалах напряжения источника питания, что обусловлено значительным увеличением первой гармоники отдельных фазных токов активных выпрямителей и значительным колебанием напряжения звена постоянного тока, что приводит к отключению активных выпрямителей.A disadvantage of the known device is the low reliability of its operation with short-term asymmetrical voltage drops of the power source, which is due to a significant increase in the first harmonic of the individual phase currents of the active rectifiers and a significant voltage fluctuation of the DC link, which leads to the disconnection of the active rectifiers.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство управления высоковольтным преобразователем частоты, содержащее датчик напряжения источника питания, вход которого подключен к выходу трехфазного источника питания, а выход – к блоку вычисления несимметрии напряжения источника питания, первый выход которого соединен с первым входом системы управления преобразователем частоты при симметричном напряжении источника питания, а второй выход – с задатчиком напряжения звена постоянного тока, выход которого соединен со вторым входом указанной системы управления преобразователем частоты, первый и второй выходы указанной системы управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами высоковольтного преобразователя частоты, силовой вход которого подключен к источнику питания, а силовой выход – к синхронной машине, к первому информационному выходу высоковольтного преобразователя частоты через датчик тока 8 источника питания подключен третий вход системы управления преобразователем частоты, четвертый вход указанной системы управления подключен к выходу датчика напряжения источника питания, а пятый вход – к выходу датчика напряжения звена постоянного тока, три входа которого подключены ко второму, третьему и четвертому информационным выходам высоковольтного преобразователя частоты, шестой вход системы управления преобразователем частоты при симметричном напряжении источника питания подключен к задатчику реактивного тока (см. патент РФ №157682, H02M 5/458).The closest analogue to the claimed invention is a control device for a high-voltage frequency converter, comprising a voltage sensor of the power source, the input of which is connected to the output of a three-phase power source, and the output to the voltage asymmetry calculation unit of the power source, the first output of which is connected to the first input of the frequency converter control system at a symmetrical voltage of the power source, and the second output is with the voltage regulator of the DC link, the output of which is connected with the second input of the specified control system of the frequency converter, the first and second outputs of the specified control system are connected respectively to the first and second control inputs of the high voltage frequency converter, the power input of which is connected to a power source, and the power output to a synchronous machine, to the first information output of the high voltage converter frequency through the
Недостатком известного устройства является его низкая надежность и невысокое быстродействие работы при кратковременных несимметричных провалах напряжения источника питания. Это обусловлено значительным увеличением первой гармоники отдельных фазных токов активных выпрямителей, значительным колебанием напряжения звена постоянного тока и значительной разбалансировкой напряжений на конденсаторах звена постоянного тока, что приводит к отключению трехфазных трехуровневых активных выпрямителей и нарушению работоспособности высоковольтного преобразователя частоты. A disadvantage of the known device is its low reliability and low speed operation with short-term asymmetrical voltage drops of the power source. This is due to a significant increase in the first harmonic of the individual phase currents of the active rectifiers, a significant fluctuation in the voltage of the DC link and a significant unbalance of the voltages on the capacitors of the DC link, which leads to the disconnection of three-phase three-level active rectifiers and disruption of the high-voltage frequency converter.
В известном устройстве рассмотрены семь случаев несимметрии напряжения источника питания. Новые углы переключения ключей α1, α2, …, α9 для заданного диапазона изменения коэффициента модуляции µ фазных напряжений активного выпрямителя были заранее рассчитаны и сохранены в блоке коррекции фазных напряжений активных выпрямителей. Новые углы переключения ключей ограничивают увеличение первой гармоники отдельных фазных токов активных выпрямителей, а также ограничивают значительные колебания напряжения звена постоянного тока, т.е. повышают надежность работы выпрямителя.In the known device seven cases of asymmetry of the voltage of the power source are considered. The new switch angles α1, α2, ..., α9 for a given range of modulation factor µ of the phase voltages of the active rectifier were previously calculated and stored in the phase voltage correction block of the active rectifiers. The new switching angles of the keys limit the increase in the first harmonic of the individual phase currents of the active rectifiers, and also limit the significant voltage fluctuations of the DC link, i.e. increase the reliability of the rectifier.
Однако семь случаев несимметрии напряжения источника питания это очень малая доля возможных вариантов однофазных, двухфазных или трехфазных несиммертичных провалов напряжения. Как указано в известном устройстве для расчета новых углов переключения ключей α1, α2, …, α9 активного выпрямителя для каждой фазы записывается система нелинейных уравнений. При этом первая гармоника фазного напряжения А1=µ(2Udc)/π задается коэффициентом модуляции µ, а гармоники с «нежелательными» номерами удаляются или их уровни снижаются до заданного значения. Определение вида и глубины несимметричного провала напряжения в реальном времени, а также решение системы нелинейных уравнений осуществляется итерационными методами и требует время на вычисление новых углов переключения ключей, что снижает быстродействие работы системы управления и всего устройства в целом.However, seven cases of asymmetry in the voltage of the power supply is a very small fraction of the possible options for single-phase, two-phase, or three-phase asymmetrical voltage dips. As indicated in the known device for calculating new switching angles of the keys α1, α2, ..., α9 of the active rectifier for each phase, a system of nonlinear equations is written. In this case, the first harmonic of the phase voltage A1 = µ (2U dc ) / π is set by the modulation coefficient µ, and harmonics with “undesirable” numbers are deleted or their levels are reduced to a predetermined value. Determining the type and depth of an asymmetric voltage dip in real time, as well as solving a system of nonlinear equations, is carried out by iterative methods and takes time to calculate new key switching angles, which reduces the speed of operation of the control system and the entire device as a whole.
Таким образом, в известном устройстве необходимо либо заранее рассчитать и сохранить в блоке коррекции фазных напряжений все возможные случаи несимметрии, либо по факту провала напряжения питания осуществлять расчет новых углов переключения ключей α1, α2, …, α9 активного выпрямителя, что представляет определенную сложность в реализации. С учетом вышеизложенного следует, что надежность и быстродействие известного устройства невысокие.Thus, in the known device, it is necessary either to pre-calculate and save in the phase voltage correction block all possible cases of asymmetry, or to calculate the new switching angles of the keys α1, α2, ..., α9 of the active rectifier upon the failure of the supply voltage, which represents a certain implementation difficulty . Based on the foregoing, it follows that the reliability and performance of the known device is low.
Техническая проблема, решаемая заявляемым устройством, заключается в повышении надежности и повышении быстродействия работы трехфазных трехуровневых активных выпрямителей при кратковременных несимметричных провалах напряжения источника питания.The technical problem solved by the claimed device is to increase the reliability and speed of operation of three-phase three-level active rectifiers with short-term asymmetrical voltage drops of the power source.
Технический результат, заключается в создании условий при кратковременных несимметричных провалах напряжения источника питания, обеспечивающих: ограничение увеличения первой гармоники отдельных фазных токов активных выпрямителей, ограничение диапазона колебаний напряжения звена постоянного тока, а также снижение разбалансировки напряжений на конденсаторах звена постоянного тока до допустимых пределов, чтобы исключить аварийное отключение трехфазных трехуровневых активных выпрямителей и повысить надежность работы высоковольтного преобразователя частоты. The technical result consists in creating conditions for short-term asymmetrical voltage drops of the power supply, providing: limiting the increase in the first harmonic of the individual phase currents of the active rectifiers, limiting the range of voltage fluctuations of the DC link, as well as reducing the imbalance of voltage on the capacitors of the DC link to acceptable limits, so that eliminate emergency shutdown of three-phase three-level active rectifiers and increase the reliability of high-voltage operation of the frequency converter.
Поставленная проблема решается тем, что устройство управления высоковольтным преобразователем частоты, содержащее датчик напряжения источника питания, вход которого подключен к выходу трехфазного источника питания, а выход – к блоку вычисления несимметрии напряжения источника питания, первый выход которого соединен с первым входом системы управления преобразователем частоты при симметричном напряжении источника питания, а второй выход – с задатчиком напряжения звена постоянного тока, выход которого соединен со вторым входом указанной системы управления преобразователем частоты, первый и второй выходы указанной системы управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами высоковольтного преобразователя частоты, силовой вход которого подключен к источнику питания, а силовой выход – к синхронной машине, к первому информационному выходу высоковольтного преобразователя частоты через датчик тока источника питания подключен третий вход системы управления преобразователем частоты, четвертый вход указанной системы управления подключен к выходу датчика напряжения источника питания, а пятый вход – к выходу датчика напряжения звена постоянного тока, три входа которого подключены ко второму, третьему и четвертому информационным выходам высоковольтного преобразователя частоты, шестой вход системы управления преобразователем частоты при симметричном напряжении источника питания подключен к задатчику реактивного тока, согласно изобретению, оно снабжено системой управления высоковольтным преобразователем частоты при несимметричном напряжении источника питания, включающей блок вычисления активной и реактивной составляющих токов источника питания, первый вход которого соединен с выходом датчика тока источника питания, а второй вход с первым выходом блока фазовой автоподстройки частоты и формирования номера сектора на третьей плоскости базовых векторов, вход указанного блока соединен с выходом датчика напряжения источника питания, первый и второй выходы блока вычисления активной и реактивной составляющих токов соединены соответственно с первыми входами релейного регулятора активного тока и релейного регулятора реактивного тока, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока предварительного выбора базового вектора напряжения активных выпрямителей высоковольтного преобразователя частоты, третий вход блока предварительного выбора базового вектора напряжения соединен со вторым выходом блока фазовой автоподстройки частоты и формирования номера сектора на третьей плоскости базовых векторов, при этом второй вход релейного регулятора активного тока соединен с первым выходом блока вычисления заданного значения активного тока и состояния баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока высоковольтного преобразователя частоты, первый вход указанного блока вычисления соединен с выходом задатчика напряжения звена постоянного тока, при этом второй вход релейного регулятора реактивного тока соединен с выходом задатчика реактивного тока, первый выход блока предварительного выбора базового вектора напряжения активных выпрямителей высоковольтного преобразователя частоты соединен с первым входом блока выбора базового вектора напряжения для активного выпрямителя напряжения первого преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя, второй выход блока предварительного выбора базового вектора напряжения активных выпрямителей высоковольтного преобразователя частоты соединен с первым входом блока выбора базового вектора напряжения для активного выпрямителя напряжения второго преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя, вторые входы указанных блоков выбора базового вектора напряжения соединены со вторым выходом блока вычисления заданного значения активного тока и состояния баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока высоковольтного преобразователя частоты, второй вход указанного блока вычисления соединен с выходом датчика напряжения звена постоянного тока, первый выход блока выбора базового вектора напряжения для активного выпрямителя напряжения первого преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя через блок хранения своего предыдущего значения базового вектора напряжения соединен со своим третьим входом, при этом второй выход блока выбора базового вектора напряжения для активного выпрямителя напряжения первого преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя соединен с первым управляющим входом высоковольтного преобразователя частоты, первый выход блока выбора базового вектора напряжения для активного выпрямителя напряжения второго преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя через блок хранения своего предыдущего значения базового вектора напряжения соединен со своим третьим входом, при этом второй выход блока выбора базового вектора напряжения для активного выпрямителя напряжения второго преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя соединен со вторым управляющим входом высоковольтного преобразователя частоты.The problem is solved in that the control device of the high-voltage frequency converter, comprising a voltage sensor of the power source, the input of which is connected to the output of the three-phase power source, and the output to the voltage asymmetry calculation unit of the power source, the first output of which is connected to the first input of the frequency converter control system at symmetrical voltage of the power source, and the second output with a voltage regulator of the DC link, the output of which is connected to the second input of the decree of the control system of the frequency converter, the first and second outputs of the specified control system are connected respectively to the first and second control inputs of the high-voltage frequency converter, the power input of which is connected to a power source, and the power output to a synchronous machine, to the first information output of the high-voltage frequency converter via a sensor the power supply current is connected to the third input of the frequency converter control system, the fourth input of the specified control system is connected to an ode to the voltage sensor of the power source, and the fifth input to the output of the voltage sensor of the DC link, three inputs of which are connected to the second, third and fourth information outputs of the high-voltage frequency converter, the sixth input of the frequency converter control system with a symmetrical voltage of the power source is connected to the reactive current regulator , according to the invention, it is equipped with a control system for a high voltage frequency converter with an asymmetrical voltage of the power source, including a unit for calculating the active and reactive components of the currents of the power source, the first input of which is connected to the output of the current sensor of the power source, and the second input with the first output of the phase-locked loop and the formation of the sector number on the third plane of the base vectors, the input of this unit is connected to the output of the source voltage sensor power supply, the first and second outputs of the unit for calculating the active and reactive component currents are connected respectively to the first inputs of the relay controller of the active current and relay reactive current regulator, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the preliminary selection of the base voltage vector of the active rectifiers of the high-voltage frequency converter, the third input of the preliminary selection of the base voltage vector is connected to the second output of the phase-locked loop and the formation of the sector number on the third plane of the base vectors while the second input of the relay controller of the active current is connected to the first output of the unit for calculating the set value active current and the state of the voltage balance on the capacitors of the DC link of the high-voltage frequency converter, the first input of the specified calculation unit is connected to the output of the voltage regulator of the DC link, while the second input of the relay reactive current regulator is connected to the output of the reactive current regulator, the first output of the preliminary selection unit the base voltage vector of the active rectifiers of the high-voltage frequency converter is connected to the first input of the base vector selection unit voltage for the active voltage rectifier of the first frequency converter and the formation of control signals with the keys of the specified rectifier, the second output of the preliminary voltage selection block of the base voltage vector of the active rectifiers of the high voltage frequency converter is connected to the first input of the base voltage vector selection block for the active voltage rectifier of the second frequency converter and the formation of control signals with keys the specified rectifier, the second inputs of the specified blocks select base a voltage torus is connected to the second output of the unit for calculating the set value of the active current and the state of the voltage balance on the capacitors of the DC link of the high-voltage frequency converter, the second input of the specified unit of calculation is connected to the output of the voltage sensor of the DC link, the first output of the base voltage vector selection unit for the active voltage rectifier the first frequency converter and the formation of control signals with the keys of the specified rectifier through the storage unit of its previous The lower value of the base voltage vector is connected to its third input, while the second output of the base voltage vector selection block for the active voltage rectifier of the first frequency converter and the formation of control signals by the keys of this rectifier is connected to the first control input of the high voltage frequency converter, the first output of the base voltage vector selection block for an active voltage rectifier of the second frequency converter and the formation of control signals with the keys of the specified rectifier through a storage unit of its previous value of the base voltage vector is connected to its third input, the second output reference voltage vector selection unit for the second active rectifier voltage frequency converter and generating control signals of said switches of the rectifier is connected to a second control input of the high-frequency inverter.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
- на фиг. 1 изображена функциональная схема устройства управления высоковольтным преобразователем частоты;- in FIG. 1 shows a functional diagram of a control device for a high voltage frequency converter;
- на фиг. 2 изображена функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты;- in FIG. 2 shows a functional diagram of a high voltage frequency converter;
- на фиг. 3 изображена схема трехфазного трехуровневого активного выпрямителя напряжения;- in FIG. 3 shows a diagram of a three-phase three-level active voltage rectifier;
- на фиг. 4 изображены две плоскости, каждая из которых содержит двадцать четыре ненулевых базовых вектора напряжения, которые определенным образом объединены в семь групп − а, b, c, ap, an, bp и bn;- in FIG. 4 shows two planes, each of which contains twenty-four non-zero basic stress vectors, which are in a certain way combined into seven groups — a, b, c, a p , a n , b p and b n ;
- на фиг. 5 изображена плоскость, содержащая 144 ненулевых базовых вектора напряжения, которые получены в результате суммирования специально отобранных векторов, изображенных на ранее указанных двух плоскостях;- in FIG. 5 shows a plane containing 144 non-zero basic stress vectors, which are obtained by summing specially selected vectors depicted on the previously indicated two planes;
- на фиг. 6 изображена таблица с предварительно выбранными базовыми векторами напряжения для активных выпрямителей напряжений, для различных секторов и для двух диапазонов регулирования;- in FIG. 6 shows a table with pre-selected basic voltage vectors for active voltage rectifiers, for various sectors and for two control ranges;
- на фиг. 7 приведены упрощенная схема замещения активного выпрямителя напряжения (а) и векторные диаграммы (б, в, г), поясняющие динамику изменения активного и реактивного токов активного выпрямителя напряжения;- in FIG. 7 shows a simplified equivalent circuit of the active voltage rectifier (a) and vector diagrams (b, c, d) explaining the dynamics of changes in the active and reactive currents of the active voltage rectifier;
- на фиг. 8 приведены характеристики релейных регуляторов активного и реактивного токов активного выпрямителя напряжения;- in FIG. 8 shows the characteristics of the relay regulators of active and reactive currents of an active voltage rectifier;
- на фиг. 9 и фиг. 10 приведены осциллограммы изменения отдельных координат устройства управления высоковольтным преобразователем частоты за пять периодов питающего напряжения (а…и), полученные на основании математической модели в программной среде Matlab Simulink.- in FIG. 9 and FIG. Figure 10 shows the oscillograms of the changes in the individual coordinates of the control device for a high-voltage frequency converter for five periods of supply voltage (a ... and), obtained on the basis of a mathematical model in the Matlab Simulink software environment.
Заявляемое устройство управления высоковольтным преобразователем частоты (фиг. 1), содержит датчик напряжения источника питания 1, вход которого подключен к выходу трехфазного источника питания 2, а выход – к блоку вычисления несимметрии напряжения источника питания 3. Первый выход блока вычисления несимметрии напряжения соединен с первым входом системы управления преобразователем частоты при симметричном напряжении источника питания 4, а второй выход – с задатчиком напряжения звена постоянного тока 5. Выход задатчика напряжения соединен со вторым входом указанной системы управления преобразователем частоты. Первый и второй выходы указанной системы управления 4 соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами высоковольтного преобразователя частоты 6, силовой вход которого подключен к источнику питания 2, а силовой выход – к синхронной машине 7. К первому информационному выходу высоковольтного преобразователя частоты через датчик тока 8 источника питания подключен третий вход системы управления преобразователем частоты. Четвертый вход указанной системы управления подключен к выходу датчика напряжения источника питания 1, а пятый вход – к выходу датчика напряжения звена постоянного тока 9. Три входа указанного датчика напряжения 9 подключены ко второму, третьему и четвертому информационным выходам высоковольтного преобразователя частоты. Шестой вход системы управления преобразователем частоты при симметричном напряжении источника питания 4 подключен к задатчику реактивного тока 10. The inventive control device of a high-voltage frequency converter (Fig. 1), contains a voltage sensor of the
Устройство управления (фиг. 1) дополнительно снабжено системой управления высоковольтным преобразователем частоты при несимметричном напряжении источника питания 11. Система управления включает блок вычисления активной и реактивной составляющих токов 12 источника питания. Первый вход указанного блока соединен с выходом датчика тока источника питания 8, а второй вход с первым выходом блока фазовой автоподстройки частоты 13 и формирования номера сектора на третьей плоскости базовых векторов, вход указанного блока соединен с выходом датчика напряжения источника питания 1. Первый и второй выходы блока вычисления активной и реактивной составляющих токов соединены соответственно с первыми входами релейного регулятора активного тока 14 и релейного регулятора реактивного тока 15. Выходы указанных релейных регуляторов соединены соответственно с первым и вторым входами блока предварительного выбора базового вектора напряжения 16 активных выпрямителей высоковольтного преобразователя частоты. Третий вход блока предварительного выбора базового вектора напряжения 16 соединен со вторым выходом блока фазовой автоподстройки частоты 13 и формирования номера сектора на третьей плоскости базовых векторов. При этом второй вход релейного регулятора активного тока 14 соединен с первым выходом блока вычисления заданного значения активного тока и состояния баланса напряжений на конденсаторах 17 звена постоянного тока высоковольтного преобразователя частоты. Первый вход указанного блока вычисления 17 соединен с выходом задатчика напряжения звена постоянного тока 5. При этом второй вход релейного регулятора реактивного тока 15 соединен с выходом задатчика реактивного тока 10. Первый выход блока предварительного выбора базового вектора напряжения 16 активных выпрямителей высоковольтного преобразователя частоты соединен с первым входом блока выбора базового вектора напряжения 18 для активного выпрямителя напряжения первого преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя. Второй выход блока предварительного выбора базового вектора напряжения 16 активных выпрямителей высоковольтного преобразователя частоты соединен с первым входом блока выбора базового вектора напряжения 19 для активного выпрямителя напряжения второго преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя. Вторые входы указанных блоков 18, 19 выбора базового вектора напряжения соединены со вторым выходом блока вычисления заданного значения активного тока и состояния баланса напряжений на конденсаторах 17 звена постоянного тока высоковольтного преобразователя частоты. Второй вход указанного блока вычисления 17 соединен с выходом датчика напряжения звена постоянного тока 9. Первый выход блока выбора базового вектора напряжения 18 для активного выпрямителя напряжения первого преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя через блок хранения своего предыдущего значения базового вектора напряжения 20 соединен со своим третьим входом. При этом второй выход блока выбора базового вектора напряжения 18 для активного выпрямителя напряжения первого преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя соединен с первым управляющим входом высоковольтного преобразователя частоты 6. Первый выход блока выбора базового вектора напряжения 19 для активного выпрямителя напряжения второго преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя через блок хранения своего предыдущего значения базового вектора напряжения 21 соединен со своим третьим входом. При этом второй выход блока выбора базового вектора напряжения 19 для активного выпрямителя напряжения второго преобразователя частоты и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя соединен со вторым управляющим входом высоковольтного преобразователя частоты 6.The control device (Fig. 1) is additionally equipped with a control system for a high-voltage frequency converter with asymmetric voltage of the
Высоковольтный преобразователь частоты 6 (фиг. 2), также как и в прототипе, содержит первый 22 и второй 23 трехфазные фазосдвигающие трансформаторы соответственно на 0 и +30 градусов. Первичная обмотка первого фазосдвигающего трансформатора 22 имеет шесть выводов и соединена последовательно с первичной обмоткой второго фазосдвигающего трансформатора 23, которая соединена в звезду. При этом начало первичной обмотки первого фазосдвигающего трансформатора 22 подключено к источнику питания 2. Вторичные обмотки указанных трансформаторов соединены в звезду и треугольник (фиг. 2) и подключены соответственно к первому 24 и второму 25 преобразователям частоты. Каждый преобразователь состоит из трехфазного трехуровневого активного выпрямителя 26, трехфазного трехуровневого инвертора напряжения 27 и дросселя 28. При этом одноименные выходные зажимы фаз преобразователей частоты соединены между собой и подключены к синхронной машине 7. Входы общего для обоих преобразователей частоты звена постоянного тока 29 с нулевой точкой подключены к выходам обоих активных выпрямителей 26, а выходы указанного звена постоянного тока подключены к входам обоих инверторов напряжения 27.The high-voltage frequency converter 6 (Fig. 2), as in the prototype, contains the first 22 and second 23 three-phase phase-shifting transformers, respectively, at 0 and +30 degrees. The primary winding of the first phase-shifting
Трехфазный трехуровневый активный выпрямитель 26 (фиг. 3), также как и в прототипе, содержит три фазные стойки 30, 31 и 32, выходы которых соединены параллельно и подключены к звену постоянного тока 29, которое содержит два последовательно соединенных конденсатора 33 и 34. Первый конденсатор 33 создает положительный потенциал на фазах инвертора 27, а второй конденсатор 34 – отрицательный потенциал. Общая точка конденсаторов 35 является нейтральной точкой трехфазного трехуровневого активного выпрямителя 26 и создает нулевой потенциал на фазах инвертора 27. Каждая из фазных стоек 30, 31 и 32 содержит четыре последовательно соединенных полностью управляемых ключа 36, 37, 38 и 39. К точке соединения первого 36 и второго 37 управляемых ключей в каждой фазной стойке подключен катод первого диода 40, анод которого подключен к нейтральной точке 35 активного выпрямителя. Точка соединения второго 37 и третьего 38 управляемых ключей является силовым входов активного выпрямителя 26 в каждой фазной стойке. К точке соединения третьего 38 и четвертого 39 управляемых ключей в каждой фазной стойке подключен анод второго диода 41, катод которого подключен к нейтральной точке 35 активного выпрямителя. Силовые входы первого и второго активных выпрямителей 26 подключены соответственно к вторичным обмоткам первого 22 и второго 23 фазосдвигающих трансформаторов.Three-phase three-level active rectifier 26 (Fig. 3), as in the prototype, contains three
В заявляемом устройстве трехфазный трехуровневый активный выпрямитель 26 выполнен на полностью управляемых ключах 36 – 39 (фиг. 3) с системой релейно-векторного управления при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети. Применение двух трехфазных фазосдвигающих трансформаторов и трехуровневого активного выпрямителя в мощных регулируемых электроприводах, например, для прокатных станов, способствует улучшению формы входного тока активного выпрямителя при относительно невысокой частоте коммутации его ключей. In the inventive device, a three-phase three-level
К частотно-регулируемым электроприводам непрерывных технологических объектов, например к электроприводам прокатных станов, предъявляются высокие требования к надежности их электроснабжения. Так как, неконтролируемое отключение указанных электроприводов снижает производительность, а также может вызвать механическое повреждение дорогостоящего оборудования. В заявляемом устройстве благодаря системе релейно-векторного управления ключами активных выпрямителей обеспечивается высокое быстродействие электропривода и повышение устойчивости к возмущениям со стороны питающей сети. To variable-frequency electric drives of continuous technological facilities, for example, electric drives of rolling mills, high demands are placed on the reliability of their power supply. Since, uncontrolled shutdown of these drives reduces performance, and can also cause mechanical damage to expensive equipment. In the inventive device, thanks to the relay-vector key management system of the active rectifiers, a high-speed electric drive is provided and increased resistance to disturbances from the supply network.
При этом большое значение имеет структура таблицы переключений ключей активных выпрямителей, обеспечивающая минимальное число переключений и удовлетворительное качество переходных процессов. Регулируемыми величинами в системе релейно-векторного управления заявляемого устройства являются активная и реактивная составляющие токов источника питания, их регулирование осуществляется путем рационального выбора базовых векторов напряжения активных выпрямителей высоковольтного преобразователя частоты.At the same time, the structure of the switching table of the keys of active rectifiers is of great importance, providing a minimum number of switching and a satisfactory quality of transients. The adjustable values in the relay-vector control system of the claimed device are the active and reactive components of the currents of the power source, their regulation is carried out by rational selection of the base voltage vectors of the active rectifiers of the high-voltage frequency converter.
На фиг. 4,а изображена плоскость, которая широко известна и общедоступна в источниках посвященных данной тематике (см. патент РФ № 168787). Указанная плоскость содержат двадцать четыре ненулевых базовых вектора напряжения, которые определенным образом объединены в семь групп − а, b, c, ap, an, bp и bn. Вектора расположены на границах двенадцати тридцатиградусных секторов, которые пронумерованы от 1.1 до 1.12. Эти вектора обеспечивают регулирование входного напряжения активного выпрямителя первого преобразователя частоты в пределах от 0,5 до 1,0 его номинального значения. Возле каждого из двадцати четырех векторов (фиг. 4,а) расположены три большие буквы, которые указывают, каким образом при выборе этого вектора осуществляется подключение соответствующих входов А, В и С активного выпрямителя 26 (фиг. 3) первого преобразователя частоты 24 к звену постоянного тока 29 преобразователя частоты. Например, обозначение P0N указывает, что вход фазы А активного выпрямителя 26 подключен к положительному потенциалу (Р) звена постоянного тока 29 преобразователя частоты, вход фазы В – к его нейтральной точке (0), а вход фазы С – к его отрицательному потенциалу (N).In FIG. 4, a plane is depicted, which is widely known and generally available in the sources devoted to this topic (see RF patent No. 168787). The specified plane contains twenty-four non-zero basic stress vectors, which are in a certain way combined into seven groups - a, b, c, a p , a n , b p and b n . The vectors are located on the borders of twelve thirty-degree sectors, which are numbered from 1.1 to 1.12. These vectors provide regulation of the input voltage of the active rectifier of the first frequency converter in the range from 0.5 to 1.0 of its nominal value. Near each of the twenty-four vectors (Fig. 4, a) there are three capital letters that indicate how, when choosing this vector, the corresponding inputs A, B and C of the active rectifier 26 (Fig. 3) of the
На фиг. 4,б изображена вторая плоскость с аналогичными базовыми векторами а, b, c, ap, an, bp и bn, которые совместно с секторами от 2.1 до 2.12 относительно своих одноименных векторов на фиг. 4,а повернуты на 30 градусов против хода часовой стрелки. Вектора на второй плоскости (фиг. 4,б) обеспечивают регулирование входного напряжения активного выпрямителя 26 второго преобразователя частоты 25 в пределах от 0,5 до 1,0 его номинального значения. Три большие буквы возле каждого вектора, как и ранее, указывают, каким образом при выборе этого вектора осуществляется подключение входов активного выпрямителя 26 второго преобразователя частоты 25 к звену постоянного тока 29 преобразователя частоты.In FIG. 4b shows a second plane with similar base vectors a, b, c, a p , a n , b p and b n , which together with sectors 2.1 to 2.12 relative to their vectors of the same name in FIG. 4, and rotated 30 degrees counterclockwise. Vector on the second plane (Fig. 4, b) provide the input voltage of the
На фиг. 5 изображена третья плоскость, содержащая 144 ненулевых базовых вектора напряжения, которые получены в результате суммирования специально отобранных векторов, изображенных на первой и второй плоскостях базовых векторов напряжений (фиг. 4,а и 4,б). Отметим, что реальное количество векторов, которое можно получить по результатам суммирования, достигает 576 штук, т.е. значительно больше, чем их изображено на фиг. 5. Здесь показаны специально отобранные вектора, обеспечивающие минимальное количество переключений ключей в каждом активном выпрямителе, их равномерную загрузку и высокий коэффициент полезного действия каждого активного выпрямителя и всего преобразователя в целом. Далее будет описан алгоритм работы заявляемого устройства с этими векторами (фиг. 5), которые позволяют обеспечить высокое быстродействие преобразователю частоты, что особенно важно при кратковременных несимметричных провалах напряжения питающей сети. In FIG. 5 shows a third plane containing 144 non-zero basic stress vectors, which are obtained by summing specially selected vectors depicted on the first and second planes of the basic stress vectors (Fig. 4, a and 4, b). Note that the actual number of vectors that can be obtained from the summation results reaches 576 pieces, i.e. significantly more than shown in FIG. 5. Here we show specially selected vectors that provide the minimum number of key switches in each active rectifier, their uniform loading and high efficiency of each active rectifier and the entire converter as a whole. Next, the algorithm of the inventive device with these vectors will be described (Fig. 5), which can provide high-speed performance of the frequency converter, which is especially important for short-term asymmetric voltage dips in the supply network.
Заявляемое устройство также обеспечивает высокую надежность работы преобразователю частоты и удовлетворительный гармонический состав его входных токов.The inventive device also provides high reliability of the frequency converter and a satisfactory harmonic composition of its input currents.
Алгоритм формирования базовых векторов напряжений на фиг. 5 следующий.The algorithm for generating basic stress vectors in FIG. 5 next.
Первый шаг – каждый вектор первой плоскости (фиг. 4,а) суммируется, с вектором второй плоскости (фиг. 4,б), который имеет такое же направление в изображенной системе координат. Например, вектор «а» на фиг. 4,а суммируется с вектором «c» на фиг. 4,б, имеющий такое же направление.The first step - each vector of the first plane (Fig. 4, a) is summed, with the vector of the second plane (Fig. 4, b), which has the same direction in the depicted coordinate system. For example, the vector “a” in FIG. 4a is added to the vector “c” in FIG. 4b, having the same direction.
Второй шаг – каждый вектор первой плоскости (фиг. 4,а) суммируется, с вектором второй плоскости, направление которого отличается от его направления на градусов. Например, вектор «а» (фиг. 4,а) суммируется с векторами «a», «ap» и «an» (фиг. 4,б), опережающие его на 30 градусов, и с векторами «b», «bp» и «bn», отстающие от него на 30 градусов. The second step - each vector of the first plane (Fig. 4, a) is summed, with the vector of the second plane, the direction of which differs from its direction by degrees. For example, the vector "a" (Fig. 4, a) is summed with the vectors "a", "a p " and "a n " (Fig. 4, b), which are 30 degrees ahead of it, and with the vectors "b", “B p ” and “b n ” 30 degrees behind it.
В результате суммирования вышеуказанных векторов получим семь векторов «aс», «aа», «аap», «аan», «аb», «аbp» и «аbn». Однако на фиг. 5 изображено пять векторов «aa», «ac», «ab», «aapn», «abpn». Здесь запись «aapn» означает, что фактически на этом месте на плоскости векторов находятся два вектора «aap» и «aan», имеющие одинаковое направление и равные модули. Приведенная запись «aapn» позволяет уменьшить количество векторов, изображаемых на плоскости фиг. 5, т. е. сделать рисунок менее насыщенным векторами. Аналогично, обозначение «abpn» указывает, что на этом месте находятся два вектора «abp» и «abn». Сказанное справедливо и для остальных записей на фиг. 5, в том числе для записей, содержащих два вектора с двумя индексами. Например, обозначение «apnapn» указывает, что на этом месте на плоскости находятся четыре вектора «apap», «apan», «anap» и «anan».As a result of summing the above vectors, we get seven vectors “ac”, “aa”, “aa p ”, “aa n ”, “ab”, “ab p ” and “ab n ”. However, in FIG. 5 shows five vectors “aa”, “ac”, “ab”, “aa pn ”, and “ab pn ”. Here, the notation “aa pn ” means that actually at this place on the plane of the vectors are two vectors “aa p ” and “aa n ”, which have the same direction and equal moduli. The above “aa pn ” record allows reducing the number of vectors displayed on the plane of FIG. 5, i.e., make the drawing less saturated with vectors. Similarly, the designation “ab pn ” indicates that two vectors “ab p ” and “ab n ” are in this place. The same is true for the remaining entries in FIG. 5, including for records containing two vectors with two indices. For example, the designation “a pn a pn ” indicates that four vectors “a p a p ”, “a p a n ”, “a n a p ” and “a n a n ” are located on this plane.
Поясним, как ведет себя активный выпрямитель 26 (фиг. 3) при выборе вектора «ap» или «an» (фиг. 4,а). Так как оба вектора занимают одно и то же местоположение на плоскости векторов, следовательно, они формируют одинаковое линейное напряжение на входе активного выпрямителя 26. Let us explain how the
Однако при выборе, например, вектора «ap» верхний конденсатор 33 звена постоянного тока 29 (фиг. 3) будет заряжаться, а нижний 34 – разряжаться, так как вектору «ap» соответствуют, например, три большие буквы Р00 (фиг. 4,а), что означает подключение входа А активного выпрямителя 26 к положительному потенциалу (Р) звена постоянного тока 29 и подключение входов В и С к его нейтральной точке (0).However, when choosing, for example, the “a p ” vector, the
Если же выбрать вектор «an» (фиг. 4,а), то конденсатор 33 (фиг. 3) будет разряжаться, а конденсатор 34 – заряжаться, так как вектору «an» соответствуют три большие буквы 0NN, что означает подключение входа А активного выпрямителя 26 к нейтральной точке (0) звена постоянного тока 29 и подключение входов В и С к его отрицательному потенциалу (N).If you select the vector "a n " (Fig. 4, a), then the capacitor 33 (Fig. 3) will be discharged, and the capacitor 34 will be charged, since the vector "a n " corresponds to three large letters 0NN, which means connecting the input And the
Описанные процессы заряда и разряда конденсаторов 33 и 34 (фиг. 3) в звене постоянного тока 29 в дальнейшем будут использованы для их естественной и принудительной балансировки при работе активных выпрямителей 26 обоих преобразователей частоты 24 и 25 (фиг.2).The described processes of charging and discharging
Все вышеописанное, т.е. формирование входного напряжения на входе активного выпрямителя и балансировка конденсаторов 33 и 34 справедливо и для векторов «bp» и «bn» (фиг. 4).All of the above, i.e. the formation of the input voltage at the input of the active rectifier and the balancing of the
Третий шаг – все вектора распределены между тремя группами (фиг. 5), в зависимости от длины их модулей: группа коротких векторов, группа средних векторов и группа длинных векторов. При этом в пределах каждой группы модули векторов не должны существенно отличаться друг от друга. Модули средних векторов в 1,41 и 1,5 больше, чем модули коротких векторов, а модули длинных векторов в 1,93 и 2 раза больше, чем модули коротких векторов. Пояснения, почему средние и длинные вектора во столько раз отличаются от коротких векторов, будут даны ниже.The third step - all vectors are distributed between three groups (Fig. 5), depending on the length of their modules: a group of short vectors, a group of medium vectors and a group of long vectors. Moreover, within each group, the modules of vectors should not differ significantly from each other. Modules of medium vectors are 1.41 and 1.5 more than modules of short vectors, and modules of long vectors are 1.93 and 2 times more than modules of short vectors. Explanations of why medium and long vectors are so many times different from short vectors will be given below.
К группе коротких векторов (фиг. 5) относятся вектора «apnapn», «bpnapn», «bpnbpn», «apnbpn». На третьей плоскости базовых векторов их изображено 12 штук. Однако, как ранее было отмечено, двойной индекс вектора «apn» указывает, что фактически на указанном месте на плоскости векторов находятся два вектора «ap» и «an». Обозначение вектора «apnapn» указывает, что на указанном месте на плоскости векторов находятся четыре вектора «apap», «apan», «anap» и «anan». Таким образом, на фиг. 5 общее количество коротких векторов - 48, при этом модули всех векторов равны. Заметим, что заявляемая система управления преобразователем частоты по определенному алгоритму определяет, какой конкретно из четырех коротких векторов, занимающих одинаковое местоположение, выбран в данный момент времени для эффективного регулирования входных напряжений активных выпрямителей 26 высоковольтного преобразователя частоты 6 (фиг. 2).The group of short vectors (Fig. 5) includes the vectors “a pn a pn ”, “b pn a pn ”, “b pn b pn ”, “a pn b pn ”. On the third plane of the
К группе средних векторов на фиг. 5 относятся вектора «apna», «capn», «bpna» и т.д. Каждый средний вектор содержит один из следующих векторов «a», «b» или «c» и один из двух векторов «apn» или «bpn» в разных комбинациях. Количество таких векторов (фиг. 5) – 36. Однако, учитывая, что каждый средний вектор содержит один вектор с двойным индексом, то общее количество средних векторов будет равно 72. Заметим, что среди средних векторов есть 48 векторов, модули которых ровно в 1,5 раз больше, чем модули коротких векторов. Кроме того, среди средних векторов есть 24 вектора, модули которых отличаются в 1,41 раз от модулей коротких векторов, т. е. они будут чуть короче. Разница составляет 6 %, принимает, что это вполне допустимое отклонение. На фиг. 5 видно, что чуть укороченные средние вектора содержат в своем составе вектор «с», например, «capn», «bpnc» и т. д.To the group of mean vectors in FIG. 5 refer to the vectors “a pn a”, “ca pn ”, “b pn a”, etc. Each middle vector contains one of the following vectors “a”, “b” or “c” and one of two vectors “a pn ” or “b pn ” in different combinations. The number of such vectors (Fig. 5) is 36. However, given that each average vector contains one vector with a double index, the total number of average vectors will be 72. Note that among the average vectors there are 48 vectors whose modules have exactly 1 , 5 times larger than the moduli of short vectors. In addition, among the average vectors, there are 24 vectors whose modules differ 1.41 times from the modules of short vectors, i.e. they will be slightly shorter. The difference is 6%, accepts that this is a perfectly acceptable deviation. In FIG. Figure 5 shows that slightly shortened average vectors contain the vector "c", for example, "ca pn ", "b pn c", etc.
К группе длинных векторов (фиг. 5) относятся вектора «aa», «ca», «ba» и т. д. Количество таких векторов 24. Причем модули 12 длинных векторов («аа», «ba», «bb» и т. д.) в 2 раза больше, чем модули коротких векторов («apnapn», «bpnapn» и т. д.), а модули других 12 векторов отличаются в 1,93 раза от модулей коротких векторов, т. е. чуть короче. Разница составляет 3, 5%, принимает, что это вполне допустимое отклонение. На фиг. 5 видно, что чуть укороченные длинные вектора содержат в своем составе вектор «с», например, «ca», «bc» и т. д. The group of long vectors (Fig. 5) includes the vectors “aa”, “ca”, “ba”, etc. The number of such vectors is 24. Moreover, the modules are 12 long vectors (“aa”, “ba”, “bb” and etc.) is 2 times larger than the modules of short vectors (“a pn a pn ”, “b pn a pn ”, etc.), and the modules of the other 12 vectors differ 1.93 times from the modules of short vectors i.e. a little shorter. The difference is 3, 5%, accepts that this is a perfectly acceptable deviation. In FIG. Figure 5 shows that the slightly shortened long vectors contain the vector “c”, for example, “ca”, “bc”, etc.
Отметим, что среди отобранных векторов на фиг. 5 отсутствует вектор «сс», несмотря на то, что угол между векторами «с» на фиг. 4,а и фиг. 4,б равен 30 градусам. Отсутствие вектора «сс» на фиг. 5 обусловлено тем, что его модуль превышает модуль среднего вектора «apna» на 15 % и короче модуля длинного вектора «аа» на 13,4 %. Указанные отклонение модуля внутри средних и длинных групп векторов считаем недопустимыми. Поэтому вектор «сс» не участвует в регулировании входных напряжений активных выпрямителей 26 высоковольтного преобразователя частоты 6 (фиг. 2).Note that among the selected vectors in FIG. 5, the “cc” vector is missing, although the angle between the “c” vectors in FIG. 4a and FIG. 4, b is equal to 30 degrees. The absence of the "cc" vector in FIG. 5 is due to the fact that its modulus exceeds the modulus of the average vector “a pn a” by 15% and shorter than the modulus of the long vector “aa” by 13.4%. The indicated deviation of the modulus within the middle and long groups of vectors is considered unacceptable. Therefore, the vector "ss" is not involved in the regulation of the input voltages of the
Таким образом, из 576 векторов, которые можно было получить в результате суммирования векторов первой и второй базовых плоскостей (фиг. 4,а, 4,б) отобрано 144 ненулевых базовых вектора напряжения, разделенных на три группы: короткие - 48, средние - 72 и длинные - 24. При этом длинные вектора «aa», «ca», «ba» и т. д., делят третью плоскость на двадцать четыре пятнадцатиградусных сектора, пронумерованные (фиг. 5) номерами от 3.1 до 3.24. Thus, out of 576 vectors that could be obtained by summing the vectors of the first and second base planes (Fig. 4, a, 4, b), 144 nonzero basic stress vectors were selected, divided into three groups: short - 48, medium - 72 and long ones - 24. Moreover, the long vectors “aa”, “ca”, “ba”, etc., divide the third plane into twenty-four fifteen-degree sectors, numbered (Fig. 5) with numbers from 3.1 to 3.24.
Заявляемая система управления в процессе ее работы в определенные моменты времени осуществляет выбор одного из 144 векторов. За период питающего напряжения выбранные вектора эффективно регулируют мгновенные входные напряжения активных выпрямителей 26 (фиг. 2) первого 24 и второго 25 преобразователей частоты в пределах от 0,5 до 1,0 их номинальных значений. При этом выбранные вектора обеспечивают минимальное количество переключений ключей в каждом активном выпрямителе, их равномерную загрузку, высокий коэффициент полезного действия каждого активного выпрямителя и всего преобразователя 6 в целом. Кроме того, достигается высокое быстродействие преобразователя частоты при использовании вышеуказанных векторов (фиг. 5), что особенно важно при кратковременных несимметричных провалах напряжения. Заявляемая система управления также обеспечивает высокую надежность работы преобразователя частоты и удовлетворительный гармонический состав его входных токов, благодаря формированию мгновенных значений напряжений на входах активных выпрямителей такой величины, формы и фазы, что потребляемые из сети токи являются практически синусоидальными.The inventive control system in the process of its operation at certain points in time selects one of 144 vectors. During the period of the supply voltage, the selected vectors effectively regulate the instantaneous input voltages of the active rectifiers 26 (Fig. 2) of the first 24 and second 25 frequency converters in the range from 0.5 to 1.0 of their nominal values. In this case, the selected vectors provide the minimum number of switchings of keys in each active rectifier, their uniform loading, high efficiency of each active rectifier and the
Введем понятие «1-ый диапазон регулирования», когда для формирования входных напряжений активных выпрямителей 26 первого 24 и второго 25 преобразователей частоты (в пределах от 0,5 до 0,75 их номинальных значений) выбираются короткие и средние вектора (фиг. 5). Например, для сектора 3.1 в 1-ом диапазоне регулирования участвуют следующие вектора: «apnapn», «bpnapn», «aapn» и «сapn». We introduce the concept of “the first range of regulation”, when short and medium vectors are selected to form the input voltages of the
Введем понятие «2-ой диапазон регулирования», когда для формирования мгновенных входных напряжений активных выпрямителей 26 первого 24 и второго 25 преобразователей частоты (в пределах от 0,75 до 1,0 их номинальных значений) выбираются средние и длинные вектора (фиг. 5). Например, для сектора 3.1 во 2-ом диапазоне регулирования участвуют следующие вектора: «aapn», «capn», «aa» и «сa». Понятия 1-ый и 2-ой диапазоны регулирования в дальнейшем будут использованы для описания работы заявляемого устройства.We introduce the concept of “2nd regulation range” when medium and long vectors are selected to generate instantaneous input voltages of
Кроме 144 базовых векторов напряжений и 24 секторов на фиг. 5 изображен овал, который отображает траекторию перемещения конца вектора напряжения сети при несимметричном провале напряжения источника питания 2. Изображенный овал (фиг. 5) обусловлен следующей несимметрией: в фазе А провал составляет 40 %, а в фазах В и С провал отсутствует.In addition to 144 basic stress vectors and 24 sectors in FIG. 5 depicts an oval that displays the trajectory of the end of the network voltage vector with an asymmetrical voltage dip of the
Отметим, что два участка овала расположены в тех областях некоторых секторов, где для регулирования входных напряжений активных выпрямителей 26 используют длинные и средние вектора напряжений, т. е. во 2-ом диапазоне регулирования. Такими секторами (фиг. 5) можно считать сектора с номерами 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, а также сектора с номерами 3.16, 3.17, 3.18, 3.19, 3.20 и 3.21. Note that two sections of the oval are located in those areas of some sectors where long and medium voltage vectors are used to regulate the input voltages of
Еще два участка овала расположены в тех областях некоторых секторов, где для регулирования входных напряжений активных выпрямителей 26 используют средние и короткие вектора напряжений, т. е. в 1-ой диапазоне регулирования. Такими секторами (фиг. 5) можно считать сектора с номерами 3.11, 3.12, 3.13, 3.14, а также сектора с номерами 3.23, 3.24, 3.1 и 3.2.Two more sections of the oval are located in those areas of some sectors where medium and short voltage vectors are used to control the input voltages of
Кроме того, овал имеет два участка, на которых его траектория переходит из 1-го диапазона регулирования во 2-ый диапазон регулирования, это сектора 3.3 и 3.15, и два участка, на которых его траектория переходит из 2-го диапазона регулирования в 1-ой диапазон регулирования, это сектора 3.10 и 3.22.In addition, the oval has two sections in which its path changes from the 1st regulation range to the 2nd regulation range, these are sectors 3.3 and 3.15, and two sections in which its path changes from the 2nd regulation range to 1- The second regulation range is sectors 3.10 and 3.22.
Описанная особенность траектории конца вектора напряжения сети при несимметричном провале напряжения источника питания 2, учитывается в дальнейшем в алгоритме работы заявляемой системы.The described feature of the trajectory of the end of the network voltage vector with an asymmetrical voltage dip of the
Отметим, что в обозначениях векторов (фиг.5) первая буква указывает на вектор (см. фиг. 4,а), осуществляющий регулирование импульсного входного напряжения активного выпрямителя 26 первого преобразователя частоты 24 (фиг. 2), а вторая буква - на вектор (фиг. 4,б) осуществляющий регулирование импульсного входного напряжения активного выпрямителя 26 второго преобразователя частоты 25 (фиг. 2). Например, вектор «ас» расположенный на границе секторов 3.23 и 3.24 (фиг. 5) указывает, что в первом преобразователе частоты 24 (фиг. 2) регулирование импульсного входного напряжения активного выпрямителя осуществляет вектор «а», а во втором преобразователе частоты 25 - вектор «с».Note that in the notation of vectors (Fig. 5), the first letter indicates a vector (see Fig. 4, a) that controls the pulse input voltage of the
В нормальном режиме работы высоковольтного преобразователя частоты 6 (фиг. 2) напряжение источника питания 2 делится примерно поровну между первым 22 и вторым 23 трехфазными фазосдвигающими трансформаторами. Роль буферных реакторов, которые, как известно, являются неотъемлемым элементом активных выпрямителей напряжений, в приведенной схеме преобразователя частоты 6 исполняют индуктивности рассеяния указанных трансформаторов 22 и 23. При этом их коэффициенты трансформации выбраны таким образом, чтобы оба трансформатора 22 и 23 и оба активных выпрямителя 26 были загружены одинаково.In the normal mode of operation of the high-voltage frequency converter 6 (Fig. 2), the voltage of the
Ранее отмечалось, что первая плоскость базовых векторов напряжений (фиг. 4,а) позволяет сформировать мгновенные входные напряжения на стороне переменного тока активного выпрямителя 26 первого преобразователя частоты 24 (фиг. 2). Согласно принципу работы активного выпрямителя напряжения разность мгновенных значений синусоидального напряжения питающей сети и мгновенных входных напряжений на зажимах переменного тока активного выпрямителя воспринимается буферными реакторами. Благодаря использованию режима широтно-импульсной модуляции мгновенное значение напряжения, формируемое активным выпрямителем на стороне переменного тока, имеет удовлетворительный гармонический состав, в котором основная гармоника и высшие гармоники существенно различаются по частоте и амплитуде. Это создает благоприятные условия для фильтрации высших гармоник тока буферными реакторами и формирования практически синусоидального тока сети. It was previously noted that the first plane of the base voltage vectors (Fig. 4, a) allows you to generate instantaneous input voltages on the alternating current side of the
Кроме того, фазовый угол тока выпрямителя зависит от соотношения амплитуд и фазовых углов напряжений, приложенных к буферным реакторам со стороны сети и со стороны активного выпрямителя, а также от параметров (индуктивности и активного сопротивления) реактора. Варьируя с помощью системы управления активным выпрямителем напряжения параметрами основной гармоники его переменного напряжения на зажимах А, В и С (фиг. 3), можно обеспечить потребление из сети необходимого тока () с заданным фазовым углом. Иными словами, можно обеспечить работу преобразователя частоты с заданным значением коэффициента мощности, например равным единице, что осуществляется в заявляемой системе управления.In addition, the phase angle of the rectifier current depends on the ratio of the amplitudes and phase angles of the voltages applied to the buffer reactors from the network side and from the side of the active rectifier, as well as from the parameters (inductance and active resistance) of the reactor. Varying, using the active rectifier control system, the parameters of the main harmonic of its alternating voltage at terminals A, B and C (Fig. 3), it is possible to ensure the consumption of the required current from the network ( ) with a given phase angle. In other words, it is possible to ensure the operation of the frequency converter with a given value of the power factor, for example equal to unity, which is carried out in the inventive control system.
Таким образом, первая плоскость базовых векторов напряжений (фиг. 4,а) позволяет сформировать мгновенное входное напряжение на стороне переменного тока активного выпрямителя 26 (фиг. 2) первого преобразователя частоты 24. Роль буферного реактора для указанного выпрямителя исполняет индуктивность рассеяния первого трансформатора 22, а в качестве мгновенных значений синусоидального напряжения питающей сети используется напряжение на первичных обмотках указанного трансформатора.Thus, the first plane of the base voltage vectors (Fig. 4, a) allows you to generate instantaneous input voltage on the alternating current side of the active rectifier 26 (Fig. 2) of the
Аналогично, вторая плоскость базовых векторов напряжений (фиг. 4,б) позволяет сформировать мгновенное входное напряжение на стороне переменного тока активного выпрямителя 26 (фиг. 2) второго преобразователя частоты 25. При этом роль буферного реактора для указанного выпрямителя исполняет индуктивность рассеяния второго трансформатора 23, а в качестве мгновенных значений синусоидального напряжения питающей сети используется напряжение на первичных обмотках указанного трансформатора.Similarly, the second plane of the base voltage vectors (Fig. 4, b) allows you to generate an instantaneous input voltage on the AC side of the active rectifier 26 (Fig. 2) of the
Третья плоскость базовых векторов напряжений (фиг. 5) позволяет сформировать фиктивное мгновенное входное напряжение на стороне переменного тока при одновременной работе обоих активных выпрямителей 26 первого 24 и второго 25 преобразователей частоты. При этом, как и в классических активных выпрямителях напряжения, в качестве мгновенных значений синусоидального напряжения используется напряжение источника питания 2.The third plane of the base voltage vectors (Fig. 5) allows you to generate a fictitious instantaneous input voltage on the AC side with the simultaneous operation of both
В действительности фиктивное мгновенное входное напряжение не существует, т.е. измерить его каким либо прибором или увидеть на экране осциллографа невозможно. Однако его формирование в заявляемом устройстве позволяет существенно упростить алгоритм формирования управляющих сигналов активными выпрямителями 26 (фиг. 2) высоковольтного преобразователя частоты 6 при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети. In reality, a dummy instantaneous input voltage does not exist, i.e. it is impossible to measure it with any device or see on the oscilloscope screen. However, its formation in the inventive device can significantly simplify the algorithm for generating control signals by active rectifiers 26 (Fig. 2) of the high-
На фиг. 6 изображена таблица с предварительно выбранными базовыми векторами напряжения для активных выпрямителей напряжений 26 первого 24 и второго 25 преобразователей частоты. Вектора в указанной таблице однозначно связаны с соответствующими векторами на третьей плоскости векторов (фиг. 5). Подобные таблицы получили широкое применение в системах прямого управления моментом двигателей, в которых регулируемыми координатами являются потокосцепление статора и электромагнитный момент двигателя . (см. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Иваново, 2008. 298 с.).In FIG. 6 shows a table with pre-selected basic voltage vectors for
В заявляемом устройстве регулируемыми координатами являются активная и реактивная составляющие пространственного вектора тока источника питания 2.In the inventive device adjustable coordinates are active and reactive components of the spatial current vector of the
Первый столбец таблицы (фиг. 6) указывает номер сектора (от 3.1 до 3.24) на третьей плоскости базовых векторов напряжения (фиг. 5), для которого выбирается базовый вектор напряжения, осуществляющий требуемое регулирование активного и реактивного токов источника питания 2. При этом, как ранее отмечалось, выбранный вектор (фиг. 5) представляет собой комбинацию из двух векторов, где первый из них воздействует на активный выпрямитель 26 первого преобразователя частоты 24, а второй – на активный выпрямитель 26 второго преобразователя частоты 25. Например, для сектора 3.1 (фиг. 5) выбран вектор напряжения «са», расположенный на границе секторов 3.1 и 3.2. В таблице (фиг. 6) этот вектор расположен на пересечении строки с номером сектора 3.1 и третьим столбцом. При этом первый базовый вектор напряжения «с» формирует мгновенное входное напряжение на стороне переменного тока активного выпрямителя 26 первого преобразователя частоты 24, а второй базовый вектор напряжения «а» – мгновенное входное напряжение на стороне переменного тока активного выпрямителя 26 второго преобразователя частоты 25. Таким образом, совместное действие векторов «с» и «а» на соответствующих плоскостях фиг. 4,а и фиг. 4,б, т.е. вектора «са» на плоскости фиг. 5 осуществляют требуемое регулирование активного и реактивного токов источника питания 2.The first column of the table (Fig. 6) indicates the sector number (from 3.1 to 3.24) on the third plane of the base voltage vectors (Fig. 5), for which a base voltage vector is selected that performs the required regulation of the active and jet the current of the
Отметим, что в 1-ом диапазоне регулирования для формирования мгновенных входных напряжений активных выпрямителя 26 первого 24 и второго 25 преобразователей частоты (в пределах от 0,5 до 0,75 их номинальных значений) участвуют группы коротких базовых векторов (столбцы с номерами 8 и 9) и группы средних базовых векторов (столбцы с номерами 6 и 7).Note that in the 1st regulation range for the formation of instantaneous input voltages of the
Во 2-ом диапазоне регулирования для формирования мгновенных входных напряжений активных выпрямителей 26 первого 24 и второго 25 преобразователей частоты (в пределах от 0,75 до 1,0 их номинальных значений) участвуют группы средних базовых векторов (столбцы с номерами 4 и 5) и группы длинных базовых векторов (столбцы с номерами 2 и 3).In the 2nd regulation range for the formation of instantaneous input voltages of
Поясним, каким образом осуществляется требуемое регулирование активного и реактивного токов источника питания 2. Let us explain how the required regulation of active and jet
На фиг. 7,а приведена упрощенная схема замещения активного выпрямителя напряжения, где - пространственный вектор напряжения источника питания, - пространственный вектор напряжения на стороне переменного тока активного выпрямителя, индуктивность буферного реактора, пространственный вектор тока источника питания, он же - ток активного выпрямителя. Указанные вектора напряжений и тока представлены в неподвижной системе координат. Воспользуемся известным и общедоступным методом преобразования мгновенных значений напряжений и токов из неподвижной системы координат во вращающуюся систему координат dq (см. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург. УРО РАН, 2000. 654 с.). Представление переменных в системе dq координат существенно упрощает анализ работы активного выпрямителя. Оси системы координат dq вращаются относительно неподвижных осей системы координат с угловой скоростью ω, определяемой частотой напряжения питающей сети. Примем, что ось d вращающейся системы координат dq (фиг. 7,б) ориентирована по вектору напряжения источника питания . Тогда вектор напряжения сети в этой системе координат будет представлен векторами напряжений и . Вектор напряжения на стороне переменного тока активного выпрямителя - это один из векторов, изображенных на третьей плоскости векторов (фиг. 5). Во вращающейся системе координат dq вектор будет представлен векторами напряжений и . Вектор тока источника питания во вращающейся системе координат dq будет представлен векторами тока и , отображающие соответственно активную и реактивную составляющие тока источника питания . Ранее отмечалось, что система управления активным выпрямителем поддерживает его коэффициент мощности практически равный единице, т.е. реактивная составляющая тока должна быть равна нулю .In FIG. 7, a simplified equivalent circuit diagram of an active voltage rectifier is shown, where - spatial voltage vector of the power source, - spatial voltage vector on the alternating current side of the active rectifier, buffer reactor inductance the spatial vector of the current of the power source, it is also the current of the active rectifier. The indicated voltage and current vectors are presented in a fixed coordinate system. We use the well-known and generally accessible method of converting instantaneous voltage and current values from a fixed coordinate system to a rotating coordinate system dq (see Shreiner R.T. Mathematical modeling of AC electric drives with semiconductor frequency converters. Yekaterinburg. URO RAS, 2000. 654 pp.). The representation of variables in the dq coordinate system greatly simplifies the analysis of the operation of the active rectifier. The axes of the coordinate system dq rotate relative to the fixed axes of the coordinate system with an angular velocity ω determined by the frequency of the supply voltage. We assume that the axis d of the rotating coordinate system dq (Fig. 7, b) is oriented along the voltage vector of the power source . Then the network voltage vector in this coordinate system will be represented by stress vectors and . Voltage vector on the AC side of the active rectifier - this is one of the vectors depicted on the third plane of the vectors (Fig. 5). In a rotating coordinate system dq vector will be represented by stress vectors and . Power Supply Current Vector in a rotating coordinate system, dq will be represented by current vectors and representing respectively the active and reactive components of the current of the power source . It was previously noted that the control system of the active rectifier maintains its power factor almost equal to unity, i.e. the reactive component of the current must be zero .
Для упрощенной схемы замещения активного выпрямителя напряжения (фиг. 7,а) запишем для вращающейся системы координат dq известные и общедоступные уравнения (см. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург. УРО РАН, 2000. 654 с.):For a simplified equivalent circuit of an active voltage rectifier (Fig. 7, a), we write for the rotating coordinate system dq known and generally available equations (see Shreiner RT, Mathematical modeling of AC drives with semiconductor frequency converters. Yekaterinburg. URO RAS, 2000. 654 from.):
где оператор дифференцирования по времени; и слагаемые, учитывающие перекрестное влияние реактивного и активного токов на составляющие токов и . Предварительно примем, что эти влияния незначительные, тогда с учетов изложенного, что , вышеприведенные уравнения (1) и (2) можно записать:Where time differentiation operator; and cross-reactive terms and active currents for current components and . Preliminarily we assume that these influences are insignificant, then, taking into account the foregoing, that , the above equations (1) and (2) can be written:
Выполним анализ полученных уравнений. Let us analyze the obtained equations.
Из уравнения (3) следует, если вектор напряжения сети больше составляющей вектора напряжения на стороне переменного тока активного выпрямителя , т.е. разность этих напряжений положительная , то активная составляющая тока источника питания будет увеличиваться. From equation (3) it follows if the network voltage vector more component of the voltage vector on the alternating current side of the active rectifier , i.e. the difference of these stresses is positive , then the active component of the power supply current will increase.
Заявляемое устройство содержит релейный регулятор активного тока 14 (фиг. 1), который контролирует, чтобы отклонение тока от его заданного значения не превысило допустимых пределов. The inventive device contains a relay controller of the active current 14 (Fig. 1), which controls that the current deviation from its specified value did not exceed the permissible limits.
При достижении граничных значений по току релейный регулятор 14 выдает команду на смену базового вектора напряжения , составляющая которого больше напряжения сети , т.е. , следовательно, ток будет уменьшаться. Более подробно работа релейного регулятора активного тока 14 будет описана ниже.Upon reaching the current limit values relay
Из уравнения (4) следует, если составляющая вектора напряжения на стороне переменной тока активного выпрямителя , т.е. , то составляющая тока источника питания будет уменьшаться. Если же , т.е. , то составляющая тока источника питания будет увеличиваться.From equation (4) it follows if the component of the voltage vector on the alternating current side of the active rectifier , i.e. , then the current component of the power source will decrease. If , i.e. , then the current component of the power source will increase.
Заявляемое устройство содержит релейный регулятор реактивного тока 15 (фиг. 1), который контролирует, чтобы отклонение реактивного тока от его заданного значения не превысило допустимых пределов. Более подробно работа релейного регулятора реактивного тока 15 будет описана ниже.The inventive device contains a relay controller for reactive current 15 (Fig. 1), which controls that the deviation of the reactive current from its specified value did not exceed the permissible limits. In more detail, the operation of the relay controller of the reactive current 15 will be described below.
На фиг. 7,б показан один из вариантов графической интерпретации вышеописанного анализа, когда , при этом активная составляющая тока уменьшается, т. е. , (фиг. 7,б) , при этом реактивная составляющая тока также уменьшается . Общее количество возможных вариантов динамики изменения токов и равно четырем.In FIG. 7b shows one of the graphical interpretations of the above analysis when , while the active component of the current decreases, i.e. , (Fig. 7, b) while the reactive component of the current also decreases . The total number of possible options for the dynamics of current changes and equals four.
На фиг. 7,в и фиг. 7,г показаны графические интерпретации реакции составляющих токов и для сектора с номером 3.1 (фиг. 5) под воздействием четырех базовых векторов напряжений «аа», «са», «аpnаpn» и «bpnаpn». In FIG. 7c and FIG. 7d shows graphical interpretations of the reaction of the component currents and for sector number 3.1 (Fig. 5) under the influence of four basic stress vectors “aa”, “ca”, “a pn a pn ” and “b pn a pn ”.
На основании чего можно сделать следующие выводы. Based on what we can draw the following conclusions.
Первый вывод. Выбор длинных базовых векторов напряжений (фиг. 5 и фиг. 7,в) во 2-ом диапазоне регулирования («аа», «са», «ba» и т.д.) и средних векторов в 1-ом диапазоне регулирования («ааpn», «саpn», «bpna» и т.д.) во всех секторах вызывает уменьшение активной составляющей тока источника питания . Описанная динамика тока изображена в первой строке таблицы на фиг. 6 для столбцов с номерами 2, 3, 6 и 7.The first conclusion. The selection of long basic stress vectors (Fig. 5 and Fig. 7, c) in the 2nd regulation range ("aa", "ca", "ba", etc.) and medium vectors in the 1st regulation range ( “Aa pn ”, “ca pn ”, “b pn a”, etc.) in all sectors causes a decrease in the active component of the current of the power source . Described current dynamics shown in the first row of the table in FIG. 6 for columns numbered 2, 3, 6, and 7.
Второй вывод. Выбор средних базовых векторов напряжений (фиг. 5) во 2-ом диапазоне регулирования («ааpn», «саpn», «bpna» и т.д.) и коротких векторов в 1-ом диапазоне регулирования («аpnаpn», «bpnapn» и т.д.) во всех секторах вызывает увеличение активной составляющей тока источника питания . Описанная динамика тока изображена в первой строке таблицы на фиг. 6 для столбцов с номерами 4, 5, 8 и 9.The second conclusion. The choice of the average basic voltage vectors (Fig. 5) in the 2nd regulation range ("aa pn ", "ca pn ", "b pn a", etc.) and short vectors in the 1st regulation range ("a pn a pn ”,“ b pn a pn ”, etc.) in all sectors causes an increase in the active component of the power supply current . Described current dynamics shown in the first row of the table in FIG. 6 for
Введем понятие «отстающий базовый вектор напряжения». Это вектор, расположенный относительно рассматриваемого сектора на границе с предыдущим сектором, в предыдущем секторе или на границе предыдущего сектора и предшествующему ему сектором. Например, отстающими векторами (фиг. 5) для сектора 3.1 являются вектора «аа», «ааpn» и «аpnаpn».We introduce the concept of a “lagging base voltage vector”. This is a vector located relative to the sector in question on the border with the previous sector, in the previous sector or on the border of the previous sector and the previous sector. For example, the lagging vectors (Fig. 5) for sector 3.1 are the vectors “aa”, “aa pn ” and “a pn a pn ”.
Введем понятие «опережающий базовый вектор напряжения». Это вектор, расположенный относительно рассматриваемого сектора на границе с последующим сектором или на границе последующего и следующего за ним сектором. Например, опережающими векторами для сектора 3.1 (фиг. 5) являются вектора «са» «саpn» и «bpnаpn».We introduce the concept of “leading base voltage vector”. This is a vector located relative to the sector in question at the border with the subsequent sector or at the border of the subsequent and following sectors. For example, leading vectors for sector 3.1 (Fig. 5) are the vectors “ca”, “ca pn ” and “b pn a pn ”.
Третий вывод. Выбор отстающих базовых векторов напряжений (фиг. 5) в 1-ом и 2-ом диапазонах регулирования («аа», «ааpn», «аpnаpn» и т. д.) для всех секторов вызывает увеличение реактивной составляющей тока источника питания . Описанная динамика тока изображена во второй строке таблицы (фиг. 6) для столбцов с четными номерами 2, 4, 6 и 8.The third conclusion. The choice of lagging base voltage vectors (Fig. 5) in the 1st and 2nd control ranges ("aa", "aa pn ", "a pn a pn ", etc.) for all sectors causes an increase in the reactive component of the current power source . Described current dynamics shown in the second row of the table (Fig. 6) for columns with
Четвертый вывод. Выбор опережающих базовых векторов напряжений (фиг. 5) в 1-ом и 2-ом диапазонах регулирования («са» «саpn» и «bpnаpn» и т.д.) для всех секторов вызывает уменьшение реактивной составляющей тока источника питания . Описанная динамика тока изображена во второй строке таблицы (фиг. 6) для столбцов с нечетными номерами 3, 5, 7 и 9.The fourth conclusion. The choice of leading basic voltage vectors (Fig. 5) in the 1st and 2nd control ranges (“ca”, “ca pn ” and “b pn a pn ”, etc.) for all sectors causes a decrease in the reactive component of the source current power supply . Described current dynamics shown in the second row of the table (Fig. 6) for columns with
Рассмотрим, как влияет слагаемое в уравнении (1), которым мы ранее пренебрегли при анализе динамики изменения активного тока источника питания при перемещении вектора сети в пределах сектора. В процентном отношении доля слагаемого мала по сравнению со слагаемыми и , не более 5 % (фиг. 7,б). Обусловлено это тем, что реактивный ток мал, так как заявляемая система управления стремится уменьшить его до нуля. Однако когда вектора и становятся соизмеримыми между собой, слагаемое в уравнении (1) проявляет свое влияние. Это происходит при переходе из 1-го диапазона регулирования во 2-ой диапазон регулирования и наоборот, т.е. в районе границе диапазонов регулирования.Consider how the term affects in equation (1), which we previously neglected when analyzing the dynamics of changes in the active current power source when moving a network vector within the sector. In percentage terms, the proportion of the term small compared to the terms and , not more than 5% (Fig. 7, b). This is due to the fact that reactive current small, since the claimed control system seeks to reduce it to zero. However when the vectors and become commensurate with each other, the term in equation (1) exerts its influence. This occurs when moving from the 1st regulation range to the 2nd regulation range and vice versa, i.e. in the area of border regulation ranges.
Известно, что в пределах сектора, угол которого равен 15о, модуль вектора напряжения сети изменяется незначительно (не более 5 %, см. овал на фиг. 5), а модуль вектора напряжения на стороне переменного тока активного выпрямителя изменяется на 3,4 % (уменьшается или увеличивается) для выбранного базового вектора напряжения.It is known that, within a sector whose angle is 15 ° , the module of the network voltage vector varies slightly (not more than 5%, see the oval in Fig. 5), and the voltage vector module on the alternating current side of the active rectifier changes by 3.4% (decreases or increases) for the selected base voltage vector.
Если алгебраическая сумма напряжений в пределах сектора меняет свой знак, то это приводит к изменению динамики активного тока . Например, до определенного углового положения вектора сети в процессе его перемещения выполняется условие , т.е. , при этом активный ток будет уменьшаться. После достижения определенного углового положения вектором сети , когда , т.е. , активный ток станет увеличиваться, и наоборот. С учетом изложенного следует, что изменение динамики активного тока происходит при выполнении условия , а не в результате команд, которые формирует релейный регулятор 15 (фиг. 1) при достижении активным током его граничных значений.If the algebraic sum of stresses within the sector changes its sign, this leads to a change in the dynamics of the active current . For example, up to a certain angular position of the network vector in the process of moving it, the condition , i.e. while active current will decrease. After reaching a certain angular position by the network vector when , i.e. active current will increase, and vice versa. Based on the foregoing, it follows that the change in the dynamics of the active current occurs when the condition is met , and not as a result of the commands that form the relay controller 15 (Fig. 1) when the active current reaches its boundary values.
Таким образом, в пределах 1-го и 2-го диапазонов регулирования слагаемое в уравнении (1) не оказывает существенного влияния на динамику изменения активного тока источника питания при перемещении вектора сети в пределах сектора. Это влияние проявляется лишь при смене диапазонов регулирования 1-го на 2-ой и наоборот. При этом длительности положительной и отрицательной динамик изменения активного тока существенно отличаются, особенно на границах переходов из 1-го во 2-ой диапазоны регулирования и наоборот. Thus, within the 1st and 2nd ranges of regulation, the term in equation (1) does not significantly affect the dynamics of changes in the active current power source when moving a network vector within the sector. This effect manifests itself only when changing the ranges of regulation of the 1st to the 2nd and vice versa. In this case, the duration of the positive and negative speaker changes in the active current significantly differ, especially at the borders of transitions from the 1st to the 2nd regulation ranges and vice versa.
В дальнейшем, сделанный вывод будет подтвержден результатами математического моделирования (осциллограммами) заявляемой системы управления высоковольтным преобразователем частоты выполненной в программной среде Matlab/Simulink.In the future, the conclusion made will be confirmed by the results of mathematical modeling (oscillograms) of the claimed control system for a high-voltage frequency converter made in the Matlab / Simulink software environment.
Рассмотрим, как влияет слагаемое в уравнении (2), которым мы ранее пренебрегли при анализе динамики изменения реактивного тока источника питания при перемещении вектора напряжения сети в пределах сектора. Ранее было отмечено, что в системе dq координат вектор напряжение сети представлен векторами напряжений и , т.е. в уравнении (2) в его правой части присутствуют два слагаемых и . При этом слагаемое может быть соизмеримым или превышать слагаемое . Обусловлено это тем, что активный ток значительно превышает реактивный ток . При этом напряжение (фиг 7,б) в пределах сектора изменяется в диапазоне от -25 % до +25 % напряжения сети , при перемещении вектора . Consider how the term affects in equation (2), which we previously neglected when analyzing the dynamics of changes in reactive current power source when moving the network voltage vector within the sector. It was previously noted that in the dq coordinate system, the vector is the network voltage represented by stress vectors and , i.e. in equation (2) on its right side there are two terms and . Moreover, the term may be comparable or exceed the term . This is due to the fact that the active current significantly exceeds reactive current . In this case, the voltage (Fig. 7, b) within the sector varies in the range from -25% to +25% of the mains voltage when moving a vector .
Отметим, что слагаемое в уравнении (2) всегда создает отрицательную динамику изменения реактивного тока , при , т.е. в двигательном режиме работы синхронной машины. Поэтому чтобы создать, например, такую же положительную динамику изменения реактивного тока необходимо выполнить два следующих условия и . Выполнение первого условия обеспечивают отстающие базовые вектора напряжений (см. ранее сделанный третий вывод). Выполнить второе условие возможно, но не в зоне границ переходов из 1-го во 2-ой диапазон регулирования и наоборот. В указанных зонах, даже при выбранных отстающих базовых векторах напряжений, второе условие не выполняется, так как напряжение . При этом отклонение реактивного тока в течение некоторого времени может значительно превышать допустимые значения. Note that the term in equation (2) always creates a negative dynamics of the reactive current at , i.e. in the motor mode of operation of a synchronous machine. Therefore, in order to create, for example, the same positive dynamics of the reactive current the following two conditions must be met and . Fulfillment of the first condition provide lagging base stress vectors (see the previous third conclusion). Fulfill the second condition perhaps, but not in the zone of the boundaries of transitions from the 1st to the 2nd regulation range and vice versa. In these zones, even with selected lagging base stress vectors, the second condition is not satisfied, since the voltage . In this case, the deviation of the reactive current for some time can significantly exceed the permissible values.
В математической модели заявляемого устройства для высоковольтного преобразователя частоты (в среде Matlab/Simulink), чтобы приблизиться к выполнению второго условия (для номинального тока задания 1250 А) был выполнен дополнительный поворот осей dq координат на угол 6о в направление вращения вектора напряжения сети . Это позволило увеличить слагаемого до 36 % и значительно снизить отклонение реактивного тока на границах переходов.In the mathematical model of the inventive device for a high-voltage frequency converter (in a Matlab / Simulink environment), in order to approach the fulfillment of the second condition (for a nominal reference current of 1250 A), an additional rotation of the axes dq of coordinates was made at an angle of 6 ° in the direction of rotation of the network voltage vector . This allowed to increase the term up to 36% and significantly reduce reactive current deviation at the borders of transitions.
В дальнейшем, сделанный вывод будет подтвержден результатами математического моделирования (осциллограммами) заявляемой системы управления высоковольтным преобразователем частоты, выполненной в программной среде Matlab/Simulink.In the future, the conclusion made will be confirmed by the results of mathematical modeling (oscillograms) of the claimed control system for a high-voltage frequency converter, made in the Matlab / Simulink software environment.
Отметим особенность влияний средних базовых векторов напряжений на динамику активного тока .Note the peculiarity of the effects of the average basic stress vectors on the dynamics of the active current .
Когда средние вектора совместно с короткими векторами (фиг. 5) участвуют в формировании мгновенных входных напряжений активных выпрямителей для 1-ого диапазона регулирования (), активная составляющая тока уменьшается от действий средних векторов. В таблице (фиг. 6) это отображено в первой строчке для столбцов с номерами 6 и 7. When the middle vectors together with the short vectors (Fig. 5) participate in the formation of the instantaneous input voltages of the active rectifiers for the 1st regulation range ( ), the active component of the current decreases from the action of medium vectors. In the table (Fig. 6) this is displayed in the first line for columns numbered 6 and 7.
Когда средние вектора совместно с длинными векторами (фиг. 5) участвуют в формировании мгновенных входных напряжений активных выпрямителей для 2-ого диапазона регулирования (), активная составляющая тока увеличивается от действий средних векторов. В таблице (фиг. 6) это отображено в первой строчке для столбцов с номерами 4, 5.When the middle vectors together with the long vectors (Fig. 5) participate in the formation of instantaneous input voltages of the active rectifiers for the 2nd regulation range ( ), the active component of the current increases from the action of medium vectors. In the table (Fig. 6) this is displayed in the first line for columns with
Опишем назначения и работу блоков в системе управления 11 (фиг.1) высоковольтным преобразователем частоты при несимметричном напряжении источника питания 2 в заявляемом устройстве.We describe the purpose and operation of the blocks in the control system 11 (Fig. 1) by a high-voltage frequency converter with an asymmetric voltage of the
Блок вычисления 12 (фиг.1) активной и реактивной составляющих токов источника питания 2 осуществляет преобразование мгновенных значений его токов из неподвижной системы координат во вращающуюся систему координат dq. Block calculation 12 (figure 1) active and reactive component currents of the
Блок 13 фазовой автоподстройки частоты и формирования номера сектора на третьей плоскости базовых векторов по мгновенным значениям напряжений источника питания 2 осуществляет вычисление двух координат.
Первая координата - угловое положение пространственного вектора напряжения источника питания на третьей плоскости базовых векторов. Сигнал, указывающий угловое положение вектора напряжения формируется на первом выходе блока 13 и подается на второй вход блока вычисления 12 активной и реактивной составляющих токов источника питания 2. The first coordinate is the angular position of the spatial voltage vector of the power source on the third plane of the base vectors. A signal indicating the angular position of the voltage vector is generated at the first output of
Вторая координата - номер сектора на третьей плоскости базовых векторов. Сигнал, указывающий номер сектора, формируется на втором выходе блока 13 и подается на третий вход блока 16 предварительного выбора базового вектора напряжения активных выпрямителей высоковольтного преобразователя частоты.The second coordinate is the sector number on the third plane of the base vectors. A signal indicating the sector number is generated at the second output of
Система управления 11 высоковольтным преобразователем частоты при несимметричном напряжении источника питания 2 в заявляемом устройстве (фиг. 1) может быть выполнена на базе специализированного микроконтроллера, имеющего периферийные устройства, процессор, ОЗУ и ПЗУ.The
Трехпозиционный релейный регулятор 14 (фиг. 1) активного тока сравнивает заданное значение активного тока () источника питания 2 и его текущее значение тока (). По результатам сравнения формируется команда (фиг. 8) для активных выпрямителей 26 (фиг. 2) на увеличение или уменьшение текущего активного тока источника питания 2 в 1-ом или 2-ом диапазонах регулирования. Двухпозиционный релейный регулятор 15 реактивного тока сравнивает заданное значение тока и текущее значение тока . По результатам сравнения формируется команда (фиг. 8) для активных выпрямителей 26 на увеличение или уменьшение текущего реактивного тока источника питания 2.Three-position relay controller 14 (Fig. 1) active current compares the set value of the active current ( )
Отметим особенности работы трехпозиционного релейного регулятора 14. Note the features of the three-
Его структурная схема содержит (фиг. 8,а) блок вычитания 42, первый 43 и второй 44 двухпозиционные релейные регуляторы, блок выбора 45 одной из трех групп векторов, которая увеличивает или уменьшает текущее значение активного тока источника питания 2 в 1-ом или 2-ом диапазонах регулирования.Its structural scheme contains (Fig. 8, a) a
На выходе блока вычитания 42 формируется сигнал рассогласования , который подается на входы первого 43 и второго 44 релейных регуляторов (фиг. 8,а). Выходные команды регуляторов и подаются на входы блока выбора группы векторов 45, который выполняет функцию арифметического суммирования. На выходе последнего формируются одна из трех команд. Первая команда - «выбрать группу коротких векторов», которая будет увеличить текущее значение активного тока (см. фиг. 6). Вторая команда - «выбрать группу средних векторов», которая будет уменьшать ток в 1-ом диапазоне регулирования или увеличивать его во 2-ом диапазоне регулирования. Третья команда - «выбрать группу длинных векторов», которая будет уменьшать текущее значение активного тока .At the output of the
Первый релейный регулятор 43 формирует на своем выходе одну из двух команд - «работать в 1-ом диапазоне регулирования» или - «работать во 2-ом диапазоне регулирования» (фиг. 8,а и 8,б; фиг. 6). При этом порог перехода из 1-го диапазона регулирования во 2-ой диапазон регулирования наступает при выполнении условия , а порог перехода из 2-го диапазона регулирования в 1-ый диапазон регулирования наступает при выполнении условия . Здесь – зона гистерезиса второго релейного регулятора 44 (рис. 8,а).The
Второй релейный регулятор 44 формирует на своем выходе одну из двух команд - «увеличить текущее значение активного тока источника питания 2» или - «уменьшить текущее значение активного тока источника питания 2». При этом порог перехода от команды к команде наступает при выполнении условия , а порог перехода от команды к команде наступает при выполнении условия .The
Например, если текущее значение активного тока меньше заданного значения , а их разница , то на выходе первого релейного регулятора 43 (фиг. 8,а) формируется команда - «работать в 1-ом диапазоне регулирования». При этом на выходе второго релейного регулятора 44 формируется команда - «увеличить текущее значение тока источника питания 2». Под действием указанных команд и на выходе блока 45 формируется команда - «выбрать вектор из группы коротких векторов и увеличить текущее значение активного тока » (фиг.8,б). Например, для сектора 3.1 (фиг. 5; фиг.6) команды и можно выполнить, выбирая вектор «apnapn» или «bpnapn», т.е. один из коротких векторов. Ранее был сделан вывод, что выбор коротких векторов, которые расположены в столбцах 8 и 9 таблицы на фиг. 6, вызывает увеличение активной составляющей тока источника питания 2. For example, if the current value of the active current less than the set value , and their difference , then at the output of the first relay controller 43 (Fig. 8, a) a command is formed - "work in the 1st regulation range." In this case, at the output of the
Таким образом, под действием команды текущее значение активного тока увеличивается. Однако когда достигается условие, что , на выходе релейного регулятора 44 формируется команда - «уменьшить текущее значение тока », а на выходе блока 45 - «выбрать вектор из группы средних векторов» (фиг. 8), при этом . Например, для сектора 3.1 (фиг. 5, фиг. 6) команды , и можно выполнить, выбирая вектор «aapn» или «сapn», т.е. один из средних векторов. Ранее был сделан вывод, что в 1-ом диапазоне регулирования выбор средних векторов, которые расположены в столбцах 6 и 7 таблицы (фиг. 6) вызывает уменьшение активной составляющей тока источника питания 2. Thus, under the command current value of active current increases. However, when the condition is reached that , at the output of the relay controller 44 a command is generated - “reduce the current current value ", And at the output of block 45 - "select a vector from the group of average vectors" (Fig. 8), while . For example, for sector 3.1 (FIG. 5, FIG. 6), commands , and can be performed by choosing the vector “aa pn ” or “ca pn ”, i.e. one of the middle vectors. It was previously concluded that in the 1st regulation range, the choice of average vectors that are located in
Под действием команды текущее значение активного тока уменьшается. Когда достигается условие, что , на выходе релейного регулятора 44 формируется команда - «увеличить текущее значение тока », а на выходе блока 45 формируется команда - «выбрать вектор из группы коротких векторов» (фиг. 8). При этом . Таким образом, по командам , и как и ранее выбираются короткие вектора. Under the command current value of active current decreases. When the condition is reached that , at the output of the relay controller 44 a command is generated - “increase the current current value ", And at the output of
Описанный процесс будет повторяться до тех пор, пока вектор напряжения сети находится в пределах 1-го диапазона регулирования. При этом выбранные базовые вектора напряжений (короткие и средние) фиг. 5 поддерживают значение текущего активного тока в пределах допустимых отклонений от заданного значения в 1-ом диапазоне регулирования (фиг. 8,б). The described process will be repeated until the network voltage vector is within the 1st regulation range. In this case, the selected basic stress vectors (short and medium) of FIG. 5 support the value of the current active current within tolerance from the set value in the 1st range of regulation (Fig. 8, b).
Например, для несимметричного напряжения сети , когда конец пространственного вектора , перемещаясь по секторам (фиг. 5) описал овал, будут выбраны короткие и средние вектора, расположенные в секторах с номерами 3.23, 3.24, 3.1, 3.2, а также в секторах с номерами 3.11, 3.12, 3.13 и 3.14.For example, for unbalanced mains voltage when the end of the spatial vector moving along the sectors (Fig. 5) described the oval, short and medium vectors located in sectors with numbers 3.23, 3.24, 3.1, 3.2, and also in sectors with numbers 3.11, 3.12, 3.13 and 3.14 will be selected.
Если вектор напряжения сети пересекает границу 1-го и 2-го диапазонов регулирования (фиг. 5), то динамика изменения текущего значения активного тока автоматически станет положительной , даже при выбранных средних векторах , которые в 1-ом диапазоне регулирования делали динамику изменения тока отрицательной . На фиг. 5 это происходит в секторах с номерами 3.3 и 3.15.If the network voltage vector crosses the border of the 1st and 2nd regulation ranges (Fig. 5), then the dynamics of changes in the current value of the active current will automatically become positive , even with selected average vectors which in the 1st regulation range made the dynamics of current change negative . In FIG. 5 this happens in sectors with numbers 3.3 and 3.15.
Обусловлено это тем, что во втором диапазоне регулирования модуль вектора напряжения сети больше длины проекции среднего вектора напряжения на ось (фиг. 7,б). Тогда из уравнения (3) следует, что отрицательная динамика изменения активного тока в 1-ом диапазоне регулирования от действия средних векторов напряжений (фиг. 8,б) меняется на положительную динамику изменения активного тока во 2-ом диапазоне регулирования.This is due to the fact that in the second range of regulation the module of the network voltage vector longer than the projection length of the average voltage vector on the axis (Fig. 7, b). Then from equation (3) it follows that the negative dynamics of changes in the active current in the 1st range of regulation from the action of medium voltage vectors (Fig. 8, b) changes to the positive dynamics of the active current in the 2nd range of regulation.
С учетом выше изложенного следует, что разница токов уменьшается. При выполнении условия на выходе первого релейного регулятора 43 (фиг. 8,а) формируется команда - «работать во 2-ом диапазоне регулирования». На выходе второго релейного регулятора 44 сохраняется команда - «уменьшить текущее значение тока источника питания 2», так как . Под действием указанных команд и на выходе блока 45 формируется команда - «выбрать вектор из группы длинных векторов и уменьшить текущее значение активного тока » (фиг. 8,б). Для сектора 3.1 (фиг. 5, фиг.6) команды и можно выполнить, выбирая вектор «aa» или «сa», т.е. один из длинных векторов. Ранее был сделан вывод, что выбор длинных векторов, которые расположены в столбцах 2 и 3 таблицы (фиг. 6), вызывает уменьшение активной составляющей тока источника питания 2. In view of the foregoing, it follows that the difference in currents decreases. When the condition is met at the output of the first relay controller 43 (Fig. 8, a) a command is formed - "work in the 2nd regulation range." The output of the
Таким образом, под действием команды текущее значение активного тока уменьшается. Когда достигается условие, что , на выходе релейного регулятора 44 формируется команда - «увеличить текущее значение тока », а на выходе блока 45 - «выбрать вектор из группы средних векторов» (фиг. 8), при этом . Например, для сектора 3.1 (фиг. 5, фиг.6) команды , и можно выполнить, выбирая вектор «aapn» или «сapn», т.е. один из средних векторов. Ранее был сделан вывод, что выбор средних векторов, которые расположены в столбцах 4 и 5 таблицы (фиг. 6), вызывает увеличение активной составляющей тока источника питания 2.Thus, under the command current value of active current decreases. When the condition is reached that , at the output of the relay controller 44 a command is generated - “increase the current current value ", And at the output of block 45 - "select a vector from the group of average vectors" (Fig. 8), while . For example, for sector 3.1 (FIG. 5, FIG. 6), commands , and can be performed by choosing the vector “aa pn ” or “ca pn ”, i.e. one of the middle vectors. It was previously concluded that the choice of average vectors that are located in
Под действием команды текущее значение активного тока увеличивается. Когда достигается условие, что , на выходе релейного регулятора 44 формируется команда - «уменьшить текущее значение тока », а на выходе блока 45 - «выбрать вектор из группы длинных векторов» (фиг. 8). При этом . Таким образом, по командам , и как и ранее выбираются длинные вектора.Under the command current value of active current increases. When the condition is reached that , at the output of the relay controller 44 a command is generated - “reduce the current current value ", And at the output of block 45 - "select a vector from the group of long vectors" (Fig. 8). Wherein . Thus, by commands , and as before, long vectors are selected.
Описанный процесс будет повторяться до тех пор, пока вектор напряжения сети находится в пределах 2-го диапазона регулирования. При этом выбранные базовые вектора напряжений (длинные и средние) (фиг. 5) поддерживают значение текущего активного тока в пределах допустимых отклонений от заданного значения во 2-ом диапазоне регулирования (фиг. 8,б).The described process will be repeated until the network voltage vector is within the 2nd regulation range. In this case, the selected base voltage vectors (long and medium) (Fig. 5) support the value of the current active current within tolerance from the set value in the 2nd regulation range (Fig. 8, b).
Для ранее указанного несимметричного напряжения сети , когда конец пространственного вектора, перемещаясь по секторам (фиг. 5) описал овал, будут выбраны средние и длинные вектора, расположенные в секторах с номерами 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, а также в секторах с номерами 3.16, 3.17, 3.18, 3.19, 3.20 и 3.21.For the previously indicated unbalanced mains voltage when the end of the spatial vector, moving through the sectors (Fig. 5) described the oval, medium and long vectors located in sectors with numbers 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, and also in sectors with numbers 3.16, 3.17 will be selected , 3.18, 3.19, 3.20 and 3.21.
Если вектор напряжения сети пересекает границу 2-го и 1-го диапазонов регулирования, то динамика изменения текущего значения активного тока автоматически станет отрицательной , даже при выбранных средних векторах , которые во 2-ом диапазоне регулирования делают динамику изменения тока положительной . На фиг. 5 это происходит в секторах с номерами 3.10 и 3.22.If the network voltage vector crosses the border of the 2nd and 1st regulation ranges, then the dynamics of changes in the current value of the active current will automatically become negative , even with selected average vectors which in the 2nd regulation range make the dynamics of current change positive . In FIG. 5 this happens in sectors with numbers 3.10 and 3.22.
Обусловлено это тем, что в первом диапазоне регулирования модуль вектора напряжения сети меньше длины проекции среднего вектора напряжения на ось (фиг. 7,б). Тогда из уравнения (3) следует, что положительная динамика изменения активного тока во 2-ом диапазоне регулирования от действия средних векторов напряжений (фиг. 8,б) меняется на отрицательную динамику изменения активного тока в 1-ом диапазоне регулирования.This is due to the fact that in the first control range, the module of the network voltage vector less than the projection length of the average voltage vector on the axis (Fig. 7, b). Then from equation (3) it follows that the positive dynamics of the active current in the 2nd range of regulation from the action of medium voltage vectors (Fig. 8, b) changes to the negative dynamics of the active current in the 1st regulation range.
С учетом выше изложенного следует, что разница токов увеличивается. При выполнении условия на выходе первого релейного регулятора 43 формируется команда - «работать в 1-ом диапазоне регулирования». На выходе второго релейного регулятора 44 сохраняется команда - «увеличить текущее значение тока источника питания 2», так как . Под действием указанных команд и на выходе блока 45 формируется команда - «выбрать вектор из группы коротких векторов и увеличить текущее значение активного тока » (фиг.8,б). Для сектора 3.1 (фиг. 5, фиг.6) команды и можно выполнить, выбирая вектор «apnapn» или «bpnapn», т.е. один из коротких векторов. In view of the foregoing, it follows that the difference in currents increases. When the condition is met at the output of the
Таким образом, работа трехпозиционного релейного регулятора 14 в 1-ом и 2-ом диапазонах регулирования, а также его работа при переходах вектора напряжения сети из 1-го во 2-ой диапазоны регулирования и наоборот описана полностью.Thus, the operation of the three-
Рассмотрим работу релейного регулятора 15 в пределах 1-го диапазона регулирования входных напряжений активных выпрямителей 26 (фиг. 8,в).Consider the operation of the
Ранее отмечалось, что для обеспечения единичного значения коэффициента мощности активного выпрямителя необходимо, чтобы заданное значение реактивного тока было равно нулю . При этом текущее значение реактивного тока должно удовлетворять условию , т.е. ток должен находиться в пределах зоны гистерезиса релейного регулятора 15 (фиг 8,в).It was previously noted that to ensure a unit value of the power factor of the active rectifier, it is necessary that the set value of the reactive current be zero . In this case, the current value of the reactive current must satisfy the condition , i.e. current must be within the hysteresis zone relay controller 15 (FIG. 8, c).
Если выполняется условие, что , то для возвращения значения реактивного тока в пределы зоны гистерезиса на выходе релейного регулятора 15 формируется команда - «увеличить текущее значение тока источника питания 2». Например, для сектора 3.1 (фиг. 5, фиг.6) команду можно выполнить, выбирая вектор «apnapn» или ««aapn»», т.е. один из отстающих векторов. Ранее был сделан вывод, что выбор отстающих векторов, которые расположены в столбцах 6 и 8 таблицы (фиг. 6), вызывает увеличение реактивной составляющей тока источника питания 2.If the condition is satisfied that , then to return the value of the reactive current within the hysteresis zone at the output of the
Если выполняется условие, что , то для возвращения значения реактивного тока в пределы зоны гистерезиса на выходе релейного регулятора 15 формируется команда - «уменьшить текущее значение тока источника питания 2». Например, для сектора 3.1 (фиг. 5, фиг.6) команду можно выполнить, выбирая вектор «bpnapn» или ««capn»», т.е. один из опережающих векторов. Ранее был сделан вывод, что выбор опережающих векторов, которые расположены в столбцах 7 и 9 таблицы (фиг. 6), вызывает уменьшение реактивной составляющей тока источника питания 2.If the condition is satisfied that , then to return the value of the reactive current within the hysteresis zone at the output of the
Если , т.е. текущий реактивный ток находится в пределах допустимого отклонения от заданного тока , на выходе релейного регулятора 15 сохраняет свое действие последняя принятая команда .If a , i.e. current reactive current is within the permissible deviation from the set current , at the output of the
По описанному алгоритму работает релейный регулятор 15 и в пределах 2-го диапазона регулирования входных напряжений активных выпрямителей 26.According to the described algorithm, the
При этом команду - «уменьшить текущее значение тока источника питания 2» в таблице (фиг. 6) можно выполнить, выбирая вектора в столбцах 3 и 5. Ранее отмечалось, что в этих столбцах расположены опережающие вектора. Команду - «увеличить текущее значение тока источника питания 2» можно выполнить, выбирая в таблице вектора в столбцах 2 и 4 (фиг. 6). Ранее отмечалось, что в этих столбцах расположены отстающие вектора.In this case, the team - “reduce the current current
Блок предварительного выбора базового вектора напряжения 16 (фиг. 1) для активных выпрямителей 26 (фиг. 2) высоковольтного преобразователя частоты 6 работает в соответствии с таблицей (фиг. 6). Ранее упоминалось, что подобные таблицы получили широкое применение в методе прямого управления моментом двигателей переменного тока. Указанные таблицы еще называют таблицами переключений базовых векторов напряжений, так как они указывают, на то какие вектора следует выбирать для эффективного управления, как инверторами напряжения, так и активными выпрямителями напряжения в высоковольтных преобразователях частоты. Термин «эффективное управление указанными устройствами» предполагает такой выбор базовых векторов напряжений, которые повышают быстродействие устройств и их коэффициент полезного действия.The preliminary selection block of the base voltage vector 16 (Fig. 1) for active rectifiers 26 (Fig. 2) of the high-
На первый и второй входы блока 16 (фиг. 1) подаются команды «» и «» с выходов релейных регуляторов 14 и 15. Ранее было описано, что указанные команды выбирают один из столбцов в таблице (фиг. 6) в одной из трех групп векторов: длинные вектора (столбцы с номерами 2, 3); средние вектора (столбцы с номерами 4…7); короткие вектора (столбцы с номерами 8, 9). The first and second inputs of block 16 (Fig. 1) are given the command " "And" "From the outputs of the
На третий вход блока 16 подается сигнал со второго выхода блока 13, который указывает номер строки в таблице на фиг. 6. A signal from the second output of
Выбранные столбец и строка в таблице (фиг. 6) указывают предварительный базовый вектор напряжения, который на третьей плоскости базовых векторов (фиг. 5) занимает определенное положение. Ранее отмечалось, что вектора (фиг. 5) получены в результате суммирования специальным образом отобранных векторов (фиг. 4,а, фиг. 4,б). The selected column and row in the table (Fig. 6) indicate the preliminary base stress vector, which occupies a certain position on the third plane of the base vectors (Fig. 5). It was previously noted that the vectors (Fig. 5) were obtained by summing in a special way selected vectors (Fig. 4a, Fig. 4b).
С учетом изложенного на первом выходе блока 16 формируется команда, которая предварительно указывает, какой базовый вектор напряжения необходимо выбрать на фиг. 4,а. Указанная команда подается на первый вход блока 18 выбора базового вектора напряжения для активного выпрямителя 26 первого преобразователя частоты 24 и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя. Одновременно на второй вход блока 18 подается команда со второго выхода блока вычисления 17. Эта команда указывает, нужна или нет принудительная балансировка напряжений конденсаторов 33, 34 (фиг. 3) в звене постоянного тока 29. Если принудительная балансировка конденсаторов нужна (ранее подробно об этом было описано), то из коротких векторов apn (bpn) выбирается вектор ap или an (bp или bn), который осуществит эту балансировку. Одновременно на третий вход блока 18 (фиг. 1) подается сигнал с выхода блока 20. Этот сигнал указывает, какой базовый вектор напряжения был выбран на предыдущем шаге выбора векторов на первой плоскости векторов на фиг. 4,а.Based on the foregoing, a command is generated at the first output of
Блок 18 по полученным трем командам осуществляет окончательный выбор базового вектора напряжения для эффективного управления активным выпрямителем напряжения 26 первого преобразователя частоты 24. При этом выбранный базовый вектор напряжения формируется на первом выходе блока 18 и затем сохраняется в блоке 20.
Отметим, что при окончательном выборе базового вектора напряжения в блоке 18 необходимо выполнить следующие требования: обеспечить минимальное количество переключений ключей в активном выпрямителе напряжения 26 (высокое быстродействие), и если требуется выполнить принудительную балансировку напряжений на конденсаторах 33 и 34 в звене постоянного тока 29.It should be noted that during the final selection of the basic voltage vector in
Выполнение указанных требований подробно описаны авторами в патенте на изобретение № 2662151. В указанном устройстве, минимизация количества переключений ключей и принудительная балансировка напряжений на конденсаторах осуществлены для управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения. Так как силовая схема активного выпрямителя напряжения подобна схеме инвертора напряжения, в заявляемом устройстве описание выполнения указанных требований не приводится.The fulfillment of these requirements is described in detail by the authors in the patent for invention No. 2662151. In the indicated device, minimization of the number of switching switches and forced balancing of the voltage across the capacitors are carried out to control a three-phase three-level voltage inverter. Since the power circuit of an active voltage rectifier is similar to that of a voltage inverter, the claimed device does not describe how to fulfill these requirements.
На втором выходе блока 18 осуществляется формирование управляющих сигналов ключами активного выпрямителя 26 первого преобразователя частоты 24 (фиг. 2). Алгоритм формирования управляющих сигналов также подробно описан в вышеупомянутом патенте на изобретение № 2662151, поэтому в заявляемом устройстве не приводится.At the second output of
На втором выходе блока 16 формируется команда, которая предварительно указывает, какой базовый вектор напряжения необходимо выбрать на фиг. 4,б. Указанная команда подается на первый вход блока 19 (фиг. 1) выбора базового вектора напряжения для активного выпрямителя 26 второго преобразователя частоты 25 и формирования управляющих сигналов ключами указанного выпрямителя. Одновременно на второй вход блока 19 подается команда со второго выхода блока вычисления 17. Эта команда указывает, нужна или нет принудительная балансировка конденсаторов 33, 34 (фиг. 3) в звене постоянного тока 29. Одновременно на третий вход блока 19 подается сигнал с выхода блока 21. Этот сигнал указывает, какой базовый вектор напряжения был выбран на предыдущем шаге выбора векторов на второй плоскости векторов на фиг. 4,б.A command is generated at the second output of
Блок 19 работает подобно блоку 18, т.е. осуществляет выбор оптимального базового вектора напряжения для эффективного управления активным выпрямителем напряжения 26 второго преобразователя частоты 25 (фиг. 2). Выбранный вектор напряжения обеспечивает: минимальное количество переключений ключей в активном выпрямителе напряжения 26 второго преобразователя частоты 25, повышает быстродействие активного выпрямителя напряжения 26, поддерживает балансировку напряжений на двух конденсаторах звена постоянного тока активного выпрямителя напряжения 26.
На втором выходе блока 19 осуществляется формирование управляющих сигналов ключами активного выпрямителя 26 второго преобразователя частоты 25.At the second output of
Блок вычисления 17 (фиг. 1) заданного значения активного тока и состояния баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока высоковольтного преобразователя частоты работает следующим образом.Block calculation 17 (Fig. 1) of the set value of the active current and the state of the voltage balance on the capacitors of the DC link of the high-voltage frequency converter operates as follows.
На первый вход указанного блока поступает сигнал, указывающий какое значение напряжения должно быть на двух последовательно соединенных конденсаторах 33 и 34 в звене постоянного тока 29 (фиг. 3). На второй вход блока 17 поступает сигнал, указывающий текущее значение напряжения на обоих конденсаторах и на каждом из них в отдельности. Формирование заданного значения активного тока осуществляется с помощью пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора, находящегося внутри блока 17, на входы которого подаются ранее указанные напряжения.A signal is received at the first input of the indicated block, indicating what voltage value should be on two series-connected
При этом на втором выходе блока 17 (фиг. 1) формируется сигнал, указывающий о необходимости естественной или принудительной балансировки напряжений на конденсаторах 33 и 34 звена постоянного тока 29 (фиг. 3). Ранее было описано, как осуществляется балансировка напряжений на указанных конденсаторах.At the same time, a signal is generated at the second output of block 17 (Fig. 1), indicating the need for natural or forced balancing of the voltages on the
Устройство управления высоковольтным преобразователем частоты при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети (фиг.1) работает следующим образом.The control device for a high-voltage frequency converter for short-term asymmetrical voltage dips (Fig. 1) works as follows.
Блок вычисления 3 определяет величину коэффициента несимметрии напряжений источника питания 2. Если эта величина не превышает 5 %, то управление высоковольтным преобразователем частоты 6 осуществляет система управления 4 как в прототипе. При этом используется метод ШИМ с удалением восьми выделенных гармоник напряжения и девятью переключениями ключей активного выпрямителя за четверть периода.
Если величина несимметрии напряжений источника питания 2 более 5 %, то блок вычисления 3 передает управление высоковольтным преобразователем частоты 6 системе управления 11, которая осуществляет релейно-векторное управление ключами двух активных выпрямителей 26 (фиг. 2). Ранее была подробно, описана работа каждого блока системы управления 11.If the magnitude of the voltage unbalance of the
На фиг. 9, фиг. 10 приведены осциллограммы, поясняющие работу заявляемого устройства управления трехфазными трехуровневыми активными выпрямителями напряжения 26 высоковольтного преобразователя частоты 6. In FIG. 9, FIG. 10 are oscillograms explaining the operation of the inventive control device of a three-phase three-level
Осциллограммы получены в результате моделирования в программной среде Matlab/Simulink и дают наглядное представление о работе релейно-векторного управления указанными выпрямителями при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети. В качестве объекта управления принят частотно-регулируемый синхронный электропривод клети непрерывного прокатного стана. Здесь: а – мгновенные значения фазных напряжения источника питания 2; б – мгновенные значения фазных токи источника питания 2; в – заданное и текущее значения активной составляющей тока источника питания 2; г – заданное и текущее значения реактивной составляющей тока источника питания 2; д – команда для активных выпрямителей 26 на увеличение или уменьшение текущего активного тока источника питания 2 в 1-ом или 2-ом диапазонах регулирования; е – команда для активных выпрямителей 26 на увеличение или уменьшение текущего реактивного тока источника питания 2 в 1-ом или 2-ом диапазонах регулирования; ж – выбранный базовый вектор напряжения для эффективного управления активным выпрямителем напряжения 26 первого преобразователя частоты 24, который сформирован на первом выходе блока 18; и – выбранный базовый вектор напряжения для эффективного управления активным выпрямителем напряжения 26 второго преобразователя частоты 25, который сформирован на первом выходе блока 19.The oscillograms were obtained as a result of modeling in the Matlab / Simulink software environment and give a visual representation of the operation of the relay-vector control of these rectifiers with short-term asymmetrical voltage dips. A frequency-controlled synchronous electric drive of the stand of a continuous rolling mill is adopted as a control object. Here: a - instantaneous values of the phase voltage of the
На осциллограммах (фиг. 9, фиг. 10), которые отображают пять периодов сетевого напряжения от 0 до 0,1 с можно выделить три временных интервала. On the oscillograms (Fig. 9, Fig. 10), which display five periods of mains voltage from 0 to 0.1 s, three time intervals can be distinguished.
Первый временной интервал , когда напряжение сети симметричное, а заданное значение активной составляющей тока источника питания 2 равно нулю (). First time interval when the mains voltage is symmetrical, and the set value of the active component of the current of the
Второй временной интервал , когда напряжение сети симметричное, а заданное значение активной составляющей тока источника питания 2 равно . Second time interval when the voltage of the network is symmetrical, and the set value of the active component of the current of the
Третий временной интервал , когда напряжение сети несимметричное, а заданное значение активной составляющей тока источника питания 2 равно .Third time interval when the voltage is unbalanced, and the set value of the active component of the current of the
Заметим, что во всех трех временных интервалах работала система управления высоковольтным преобразователем частоты 11 (фиг. 1), которая фактически должна была включиться только на третьем временном интервале, при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети.Note that in all three time intervals the control system for the high-
На фиг. 9,а в момент времени в фазе А произошел провал напряжения на 40 %, при этом в фазах В и С напряжения номинальные .In FIG. 9, and at time in phase A, a voltage dip of 40% occurred, while in phases B and C the nominal voltage .
На фиг. 9,б на первом временном интервале значения фазных токов источника питания 2 равны нулю, так как . При этом отклонение мгновенных фазных значений токов источника питания 2 достигает 85 А, что обусловлено работой релейных регуляторов активного 14 и реактивного 15 токов.In FIG. 9, b on the first time interval the values of the phase currents of the
На фиг. 9,б на втором временном интервале и на третьем временном интервале действующие значения фазных токов источника питания 2 равны номинальным значениям 600 А, при . Наличие отклонений тока (высокочастотных колебаний тока) на фоне основных гармоник фазных токов источника питания 2 достигает 85 А, что обусловлено работой релейных регуляторов активного 14 и реактивного 15 токов. При этом коэффициент несинусоидальности токов на втором и третьем временных интервалах не превышает соответственно 5 % и 10 %, что является допустимым значением. In FIG. 9, b on the second time interval and in the third time interval the effective values of the phase currents of the
Отметим, что в момент времени ток задания изменился скачком от 0 А до 1250 А, при этом время переходного процесса изменения мгновенных значений фазных токов источника питания 2 составляет (фиг. 9,б). Такое высокое быстродействие заявляемой системы управления высоковольтным преобразователем частоты свидетельствует о его достоинстве.Note that at time reference current changed abruptly from 0 A to 1250 A, while the transition process of changing the instantaneous values of the phase currents of the
Ранее было указано, что в момент времени произошел провал напряжения в фазе А на 40 %, при этом осциллограммы фазных токов источника питания 2 (фиг. 9,б) на третьем и втором временных интервалах практически одинаковы. Заявляемая система управления высоковольтным преобразователем частоты отработала указанный провал напряжения практически мгновенно, о чем свидетельствуют осциллограммы токов, на которых отсутствуют заметные провалы или всплески токов после момента времени . Указанное поведение токов подтверждает высокую надежность и высокое быстродействие заявляемой системы управления высоковольтным преобразователем частоты.It was previously indicated that at time there was a voltage failure in phase A by 40%, while the waveforms of the phase currents of power source 2 (Fig. 9, b) in the third and second time intervals are almost the same. The inventive control system of a high-voltage frequency converter worked out the indicated voltage dip almost instantly, as evidenced by the oscillograms of currents, on which there are no noticeable dips or surges of currents after a moment of time . The specified behavior of the currents confirms the high reliability and high speed of the inventive control system of a high-voltage frequency converter.
На фиг. 9,в приведены осциллограмма заданного и текущего значения активной составляющей тока и источника питания 2. Ранее было указано, что указанные токи подаются на второй и первый входы релейного регулятора активного тока 14 (фиг. 1). На первом временном интервале ток , а мгновенное значение текущего тока изменяется в диапазоне , так как работает система управления 11. На втором и третьем временных интервалах ток , а мгновенное значение текущего тока изменяется в диапазоне 1165. При этом на первом и втором временных интервалах, когда напряжение сети симметричное, динамика изменения активного тока относительно тока имеет практически линейный характер (фиг. 9,в) в рамках ширины зоны гистерезиса релейного регулятора 14, а период высокочастотных колебаний тока относительно тока остается практически постоянным. In FIG. 9, the waveform of a given and current the values of the active component of the current and the
На третьем временном интервале, когда напряжение сети несимметричное динамика изменения активного тока относительно тока имеет интервалы времени с линейным характером, а также интервалы времени с нелинейным характером. Интервалы времени с линейным характером имеют место, когда напряжение сети (см. точки овала на фиг. 5) находится за пределами зоны перехода из первого диапазона регулирования во второй диапазон регулирования и наоборот. Ранее об особенностях указанного интервала времени упоминалось, что при этом влияние слагаемого в уравнение (1) не проявлялось. Период колебаний высокочастотной составляющей тока относительно тока для указанного интервала времени (фиг. 9,в) остается практически постоянным.In the third time interval, when the mains voltage is asymmetrical, the active current changes relative to current has time intervals with a linear character, as well as time intervals with a non-linear character. Linear time intervals occur when mains voltage (see the oval points in Fig. 5) is located outside the transition zone from the first regulation range to the second regulation range and vice versa. Earlier, it was mentioned that the influence of the term in equation (1) did not appear. The oscillation period of the high-frequency component of the current relative to current for the indicated time interval (Fig. 9, c) remains almost constant.
Интервалы времени с нелинейным характером имеют место, когда напряжение сети (см. точки овала на фиг. 5) находится в зоне перехода из первого диапазона регулирования во второй диапазон регулирования и наоборот. Ранее об особенностях указанного интервала времени тоже отмечалось, при этом ощутимое влияние в уравнении (1) оказывает слагаемое . Период колебаний высокочастотной составляющей тока относительно тока для указанного интервала времени (фиг. 9,в) не остается постоянным.Non-linear time intervals occur when the mains voltage (see the oval points in Fig. 5) is in the transition zone from the first regulation range to the second regulation range and vice versa. Earlier, the features of the indicated time interval were also noted, while the term in the equation (1) has a noticeable effect . The oscillation period of the high-frequency component of the current relative to current for the specified time interval (Fig. 9, c) does not remain constant.
На фиг. 9,г приведена осциллограмма текущего значения реактивной составляющей тока источника питания 2. Напомним, заданное значение реактивной составляющей тока источника питания 2 должно быть равно нулю . Ранее было указано, что указанные токи подаются на первый и второй входы релейного регулятора реактивного тока 15 (фиг. 1). На первом и втором временных интервалах мгновенное значение текущего тока изменяется в диапазоне , так как работает система управления 11 (фиг. 1). При этом на первом и втором временных интервалах, когда напряжение сети симметричное, динамика изменения реактивного тока относительно тока имеет практически линейный характер (фиг. 9,г), а период колебаний тока остается практически постоянным.In FIG. 9, d shows the waveform of the current value of the reactive component of the
На третьем временном интервале мгновенное значение тока , также должно изменяться в диапазоне: (фиг. 9,г). Однако, вследствие существенного влияния слагаемого в уравнение (2), текущее значение реактивной составляющей тока источника питания 2 в отдельные моменты времени выход за граничные значения, достигая -200 А и +140 А, т.е. превышает в 2,4 и 1,6 раз граничные значения. Ранее о влиянии слагаемого уже упоминалось. Указанные нарушения граничных значений токов в релейном регуляторе реактивного тока 15 происходят соответственно при переходе из второго диапазона регулирования в первый диапазон регулирования и наоборот. В процессе работы заявляемого устройства длительность во времени указанных нарушений граничных значений токов составляет около 20 %. Учитывая, что доля составляющей тока в сетевом токе источника питания 2 незначительная, не более 16 %, то в мгновенных значениях фазных токов указанные нарушения существенно не проявляются. Полученный вывод подтверждается осциллограммами токов на фиг. 9,б, где явно отсутствуют существенные провалы или всплески токов. Однако коэффициент несинусоидальности токов на третьем временном интервале увеличивается до 10 %, что является допустимым значением, при этом на втором временном интервале указанный коэффициент составлял 5 %.In the third time interval instantaneous current value should also vary in the range: (Fig. 9, g). However, due to the significant influence of the term in equation (2), the current value of the reactive component of the
На фиг. 10,д приведена осциллограмма, которая отображает команду, сформированную на выходе трехпозиционного релейного регулятора 14: - «выбрать вектор из группы длинных векторов»; - «выбрать вектор из группы средних векторов»; - «выбрать вектор из группы коротких векторов». Ранее было указано, что эти команды подаются на первый вход блока 16 (фиг. 1).In FIG. 10, e shows the waveform, which displays the command generated at the output of the three-position relay controller 14: - “select a vector from a group of long vectors”; - “select a vector from the group of average vectors”; - "select a vector from the group of short vectors." It was previously indicated that these commands are sent to the first input of block 16 (Fig. 1).
На первом и втором временных интервалах , когда напряжение сети симметричное, выбираются длинные и средние вектора, т.е. регулирование мгновенных входных напряжений активных выпрямителей 26 первого 24 и второго 25 преобразователей частоты (в пределах от 0,75 до 1,0 их номинальных значений) осуществляется во 2-ом диапазоне регулирования. In the first and second time intervals when the network voltage is symmetrical, long and medium vectors are selected, i.e. regulation of the instantaneous input voltages of the
Исключение составляет интервал времени , когда выбирается короткий вектор, чтобы отработать скачкообразное изменение заданного значения активного тока от 0 А до 1250 А. При этом фазные токи источника питания 2 за время переходного процесса (фиг. 9,б) достигают установившихся значений.The exception is the time interval when a short vector is selected in order to work out an abrupt change in the set value of the active current from 0 A to 1250 A. In this case, the phase currents of the
На третьем временном интервале , когда напряжение сети несимметричное, на осциллограмме (фиг. 10,д) имеют место временные интервалы, когда группа из длинных и средних векторов (2-ой диапазон регулирования) меняется на группу из средних и коротких векторов (1-ый диапазон регулирования) и наоборот. Ранее об этом было подробно описано, когда пояснялась работа трехпозиционного релейного регулятора активного тока 14 (фиг. 8). In the third time interval when the voltage of the network is unbalanced, there are time intervals on the waveform (Fig. 10, e) when a group of long and medium vectors (2nd regulation range) changes to a group of medium and short vectors (1st regulation range) and vice versa. This was previously described in detail when the operation of the three-position relay controller of the active current 14 (Fig. 8) was explained.
Анализ осциллограммы на фиг. 10,д показывает, что при провале напряжения в фазе А на 40 % в заявляемом устройстве было выбрано 8 длинных, 8 средних векторов и 5 коротких, 5 средних векторов за полупериод напряжения сети, чтобы обеспечить заданное значение активной составляющей тока источника питания 2. При этом продолжительности удержания выбранных векторов не одинаковы, особенно при приближении к границе смены диапазонов регулирования, о чем ранее упоминалось.The waveform analysis of FIG. 10, d shows that when the voltage drop in phase A by 40% in the inventive device, 8 long, 8 medium vectors and 5 short, 5 medium vectors for the half-period of the mains voltage were selected to provide a given value of the active component of the current of the
На фиг. 10,е приведена осциллограмма, которая отображает какая команда сформирована на выходе двухпозиционного релейного регулятора 15 (фиг. 1): - «увеличить текущее значение реактивного тока источника питания 2», (фиг. 8,в) - «уменьшить текущее значение реактивного тока источника питания 2». Ранее было указано, что эти команды подаются на второй вход блока 16 (фиг. 1).In FIG. 10, f shows an oscillogram that displays which command is generated at the output of the on-off relay controller 15 (Fig. 1): - “increase the current value of the reactive
На первом и втором временных интервалах , когда напряжение сети симметричное, продолжительности удержания выбранной команды или существенно не меняются. Однако анализ осциллограммы на фиг. 10,е показывает, что при ранее указанном провале напряжения (40 %) продолжительность удержания выбранной команды или существенно зависит от углового положения вектора напряжения сети на третьей плоскости (см. овал на фиг. 5). In the first and second time intervals when the mains voltage is symmetrical, the holding time of the selected command or do not change significantly. However, the analysis of the waveform in FIG. 10e shows that, at the previously indicated voltage drop (40%), the duration of holding the selected command or significantly depends on the angular position of the network voltage vector on the third plane (see oval in Fig. 5).
В зоне смены 1-го диапазона регулирования на 2-ой диапазон регулирования преобладает длительность команды - «уменьшить текущее значение реактивного тока источника питания 2» (фиг. 10,е). Ранее упоминалось, что команда выбрана, чтобы удержать текущее значение реактивного тока источника питания 2 в заданных границах регулирования, вследствие заметного влияния слагаемого в уравнении (2). In the zone of change of the 1st regulation range to the 2nd regulation range, the command duration prevails - “reduce the current value of the reactive
В зоне смены 2-го диапазона регулирования на 1-ый диапазон регулирования существенно преобладает длительность команды - «увеличить текущее значение реактивного тока источника питания 2». Ранее упоминалось, что команда выбрана, чтобы удержать текущее значение реактивного тока источника питания 2 в заданных границах регулирования, вследствие заметного влияния слагаемого в уравнении (2).In the zone of change of the 2nd regulation range to the 1st regulation range, the command duration substantially prevails - “increase the current value of the reactive
На фиг. 10,ж приведена осциллограмма, которая указывает выбранный базовый вектор напряжения для эффективного управления активным выпрямителем напряжения 26 в первом преобразователе частоты 24, который сформирован на первом выходе блока 18.In FIG. 10g shows a waveform that indicates the selected base voltage vector for efficiently controlling the
Ранее было указано, что на втором выходе блока 18 (фиг. 1) выбранные базовые вектора напряжений осуществляют формирование управляющих сигналов ключами активного выпрямителя 26 первого преобразователя частоты 24.It was previously indicated that at the second output of block 18 (Fig. 1), the selected base voltage vectors generate the control signals with the keys of the
На фиг. 10,и приведена осциллограмма, которая указывает выбранный базовый вектор напряжения для эффективного управления активным выпрямителем напряжения 26 во втором преобразователе частоты 25, который сформирован на первом выходе блока 19.In FIG. 10, and a waveform is shown that indicates the selected base voltage vector for efficiently controlling the
Ранее было указано, что на втором выходе блока 19 (фиг. 1) выбранные базовые вектора напряжений осуществляют формирование управляющих сигналов ключами активного выпрямителя 26 второго преобразователя частоты 25.It was previously indicated that at the second output of block 19 (Fig. 1), the selected base voltage vectors generate the control signals with the keys of the
Таким образом, сформированные управляющие сигналы на вторых выходах блоков 18 и 19 являются выходными сигналами системы управления 11 высоковольтным преобразователем частоты при несимметричном напряжении источника питания. Указанные сигналы подаются на первый и второй управляющие входы высоковольтного преобразователя частоты 6.Thus, the generated control signals at the second outputs of
На основании выше изложенного следует, что в заявляемом устройстве релейно-векторное управление ключами трехфазных трехуровневых активных выпрямителей напряжений высоковольтного преобразователя частоты обеспечивает высокое быстродействие электропривода и его устойчивость к возмущениям со стороны питающей сети, особенно при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети. При этом отклонения мгновенных значений токов источника питания и напряжений на конденсаторах звена постоянного тока не превышают допустимых значений.Based on the foregoing, it follows that in the inventive device, the relay-vector key management of three-phase three-level active voltage rectifiers of a high-voltage frequency converter ensures high speed of the electric drive and its resistance to disturbances from the supply network, especially for short-term asymmetrical voltage dips. Moreover, the deviations of the instantaneous values of the currents of the power source and the voltages on the capacitors of the DC link do not exceed the permissible values.
Большое значение в заявляемом устройстве имеет предложенная структура таблицы переключений ключей активных выпрямителей напряжения, которая разработана исходя из условий минимального количества переключений ключей в указанных выпрямителях; повышения быстродействия заявляемой системы управления; поддержания баланса напряжений на двух конденсаторах звена постоянного тока активных выпрямителей напряжения. Благодаря минимизации количества переключений ключей в активных выпрямителях напряжения и повышения их быстродействия повышается коэффициент полезного действия высоковольтного преобразователя частоты.Of great importance in the inventive device is the proposed structure of the switch table of the switches of active voltage rectifiers, which is developed based on the conditions of the minimum number of switchings of the keys in these rectifiers; improving the performance of the claimed control system; maintaining a voltage balance on two capacitors of the DC link of active voltage rectifiers. By minimizing the number of key switching in active voltage rectifiers and increasing their speed, the efficiency of the high-voltage frequency converter increases.
Кроме того, заявляемое устройство обеспечивает высокий коэффициент мощности, практически равный единице, удовлетворительный гармонический состав входных токов, даже при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети.In addition, the inventive device provides a high power factor, almost equal to unity, a satisfactory harmonic composition of the input currents, even with short-term asymmetrical voltage drops.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018127895A RU2699374C1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Device for control of high-voltage frequency converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018127895A RU2699374C1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Device for control of high-voltage frequency converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2699374C1 true RU2699374C1 (en) | 2019-09-05 |
Family
ID=67851519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018127895A RU2699374C1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Device for control of high-voltage frequency converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2699374C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734554C1 (en) * | 2020-06-19 | 2020-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» | Device for control of three-phase three-level active voltage rectifiers |
RU2793193C1 (en) * | 2022-12-09 | 2023-03-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | High voltage frequency converter control unit with active rectifier |
US11923711B2 (en) | 2021-10-14 | 2024-03-05 | Amogy Inc. | Power management for hybrid power system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2505918C2 (en) * | 2011-07-20 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | High-voltage frequency-controlled electric drive |
JP5503810B2 (en) * | 2011-09-30 | 2014-05-28 | 三菱電機株式会社 | Vector control device for electric motor, vehicle drive system |
CN103117556B (en) * | 2013-03-04 | 2015-11-25 | 国家电网公司 | PCS electric voltage frequency control system and control method |
RU157682U1 (en) * | 2015-03-25 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | HIGH POWER HIGH POWER FREQUENCY CONVERTER WITH ACTIVE RECTIFIERS |
WO2016069791A1 (en) * | 2014-10-28 | 2016-05-06 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Space vector modulation for matrix converter and current source converter |
-
2018
- 2018-07-31 RU RU2018127895A patent/RU2699374C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2505918C2 (en) * | 2011-07-20 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | High-voltage frequency-controlled electric drive |
JP5503810B2 (en) * | 2011-09-30 | 2014-05-28 | 三菱電機株式会社 | Vector control device for electric motor, vehicle drive system |
CN103117556B (en) * | 2013-03-04 | 2015-11-25 | 国家电网公司 | PCS electric voltage frequency control system and control method |
US9484833B2 (en) * | 2013-03-04 | 2016-11-01 | State Grid Corporation Of China | System and method for controlling PCS voltage and frequency |
WO2016069791A1 (en) * | 2014-10-28 | 2016-05-06 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Space vector modulation for matrix converter and current source converter |
RU157682U1 (en) * | 2015-03-25 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | HIGH POWER HIGH POWER FREQUENCY CONVERTER WITH ACTIVE RECTIFIERS |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734554C1 (en) * | 2020-06-19 | 2020-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» | Device for control of three-phase three-level active voltage rectifiers |
US11923711B2 (en) | 2021-10-14 | 2024-03-05 | Amogy Inc. | Power management for hybrid power system |
RU2793193C1 (en) * | 2022-12-09 | 2023-03-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | High voltage frequency converter control unit with active rectifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | A fast and fixed switching frequency model predictive control with delay compensation for three-phase inverters | |
Yang et al. | A constant switching frequency model predictive control without weighting factors for T-type single-phase three-level inverters | |
Kim et al. | New control scheme for AC-DC-AC converter without DC link electrolytic capacitor | |
EP2827490B1 (en) | System and method for unified common mode voltage injection | |
EP4084316A1 (en) | Power conversion device | |
Yip et al. | A lookup table model predictive direct torque control of permanent-magnet synchronous generator based on Vienna rectifier | |
RU2699374C1 (en) | Device for control of high-voltage frequency converter | |
Yin et al. | Experimental comparison of DPC and VOC control of a three-level NPC grid connected converter | |
JP2016174490A (en) | Electric power conversion system | |
Kumara et al. | Performance improvements of power converters for high power induction motor drive | |
RU157682U1 (en) | HIGH POWER HIGH POWER FREQUENCY CONVERTER WITH ACTIVE RECTIFIERS | |
JP2016063687A (en) | Power conversion system | |
Xinghua et al. | A transformerless cascaded AC-DC-AC converter for multiphase propulsion drive application | |
Salem Mohamed Salem | Design and analysis of five-level T-type power converters for rotating field drives | |
Dekka et al. | An improved indirect model predictive control approach for modular multilevel converter | |
Hazem et al. | Performance and control of a back to back MMC-HVDC for asynchronous ac networks interconnection | |
Marzouki et al. | Sensorless nonlinear control for a three-phase PWM AC-DC converter | |
Si et al. | Control strategy and simulation of a modular multilevel converter (MMC) based pump-back system for variable speed drive application | |
Umarov et al. | The mathematical model for calculating transient modes of a valve converter | |
Choi et al. | A novel MPC-SVM strategy for direct torque flux control of an induction motor drive system using a matrix converter | |
Biabani et al. | Performance analysis of step up and step down cyclo converter | |
Rodrigues et al. | Multilevel single-phase four-leg AC-DC-AC converter | |
Altin et al. | Three-phase three-level inverter based shunt active power filter | |
Wei et al. | An Inferential De-re-coupling Method for Single-phase Matrix Converter | |
JP2019193377A (en) | Series multiple power converter |