RU2726474C1 - Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device - Google Patents

Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device Download PDF

Info

Publication number
RU2726474C1
RU2726474C1 RU2019126360A RU2019126360A RU2726474C1 RU 2726474 C1 RU2726474 C1 RU 2726474C1 RU 2019126360 A RU2019126360 A RU 2019126360A RU 2019126360 A RU2019126360 A RU 2019126360A RU 2726474 C1 RU2726474 C1 RU 2726474C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
storage capacitor
voltage
reactive power
compensation
power
Prior art date
Application number
RU2019126360A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Щуров
Александр Владимирович Мятеж
Сергей Владимирович Мятеж
Андрей Александрович Петров
Александр Александрович Штанг
Егор Александрович Спиридонов
Евгений Юрьевич Абрамов
Павел Андреевич Бахолдин
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2019126360A priority Critical patent/RU2726474C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2726474C1 publication Critical patent/RU2726474C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to reactive power compensation devices. Method of providing balance of accumulated energy in device for automatic compensation of reactive power consists in the following. Voltage of the network is measured, amplitude value of the desired harmonic current is formed, and to preserve the charge of the storage capacitor, constant-error behaviour is automatically eliminated and the difference between the load power and the power consumed from the network is reduced. Voltage is measured on accumulating capacitor and conformity between stored energy in storage capacitor and necessary energy is controlled to create compensation mode due to property of capacitors to perform continuous integration. As a result, amplitude of the desired harmonic current is determined, which automatically preserves the balance of accumulated energy in the device for automatic compensation of reactive power in form of constancy of electric charge on the storage capacitor.EFFECT: technical result consists in simplification of algorithms and programs of automatic reactive power compensation device.1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к способам сохранения необходимой величины и постоянства накопленной электрической энергии в реактивных элементах устройств автоматической компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник и может быть использовано для создания простых и эффективных систем управления этими устройствами.The invention relates to electrical engineering and power engineering, in particular to methods for maintaining the required value and constancy of accumulated electrical energy in reactive elements of devices for automatic compensation of reactive power and filtering higher harmonics and can be used to create simple and effective control systems for these devices.

Основу известных устройств автоматической компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник составляет инвертор напряжения, образованный совокупностью полностью управляемых силовых ключей, работающих на высокой частоте переключения. На стороне переменного тока инвертор напряжения подключается к фазам сети переменного тока через дроссели. На стороне постоянного тока инвертора напряжения предусмотрен накопительный (буферный) конденсатор, электрическая энергия которого используется для создания корректирующих токов, способных компенсировать составляющие реактивной мощности и мощности искажений нагрузки потребителя, включенного в сеть переменного тока. Поэтому при создании системы управления устройством автоматической компенсации реактивной мощности важно иметь эффективный способ контроля уровня заряда на накопительном конденсаторе инвертора напряжения, поскольку он определяет режим компенсации и итоговое соотношение составляющих мощностей в сети переменного тока.The basis of the known devices for automatic compensation of reactive power and filtering higher harmonics is a voltage inverter formed by a set of fully controlled power switches operating at a high switching frequency. On the AC side, the voltage inverter is connected to the phases of the AC mains through chokes. On the DC side of the voltage inverter, a storage (buffer) capacitor is provided, the electric energy of which is used to create correction currents that can compensate for the components of reactive power and power distortion of the load of the consumer connected to the AC network. Therefore, when creating a control system for an automatic reactive power compensation device, it is important to have an effective way to control the charge level on the storage capacitor of the voltage inverter, since it determines the compensation mode and the final ratio of the power components in the AC network.

Известен способ контроля уровня заряда на накопительном конденсаторе в процессе управления устройством компенсации реактивной мощности, содержащим параллельно подключенные к шинам переменного тока тиристорно-реакторную группу, конденсаторные батареи-фильтры высших гармоник и статический компенсатор реактивной мощности на полностью управляемых вентилях (СТАТКОМ), заключающийся в том, что измеряют напряжение u на шинах переменного тока, сравнивают напряжение u с уставками Umax и Umin, формируют управляющие сигналы, причем при превышении напряжения u уставки Umax отключают конденсаторные батареи-фильтры высших гармоник, измеряют величины и фазы гармоник тока в цепи тиристорно-реакторной группы и формируют в токе статического компенсатора гармоники, пропорциональные и противофазные измеренным гармоникам, а при снижении напряжения u ниже уставки Umin отключают тиристорно-реакторную группу и включают конденсаторные батареи-фильтры высших гармоник [Патент РФ №2280934, H02J 3/18. Способ управления устройством компенсации реактивной мощности / М.И. Мазуров, А.В. Николаев, Р.А. Дайновский, Б.П. Краснова. - опубл. 27.07.2006, Бюл. №21].A known method for monitoring the charge level on a storage capacitor in the process of controlling a reactive power compensation device containing a thyristor-reactor group connected in parallel to the AC buses, capacitor banks-filters of higher harmonics and a static reactive power compensator on fully controlled valves (STATKOM), which consists in that measure the voltage u on the AC buses, compare the voltage u with the settings U max and U min , generate control signals, and when the voltage u exceeds the settings U max, capacitor banks-filters of higher harmonics are disconnected, the values and phases of the harmonics of the current in the thyristor circuit are measured -reactor group and form harmonics in the current of the static compensator, proportional and antiphase to the measured harmonics, and when the voltage u drops below the U min setting, the thyristor-reactor group is turned off and capacitor banks-filters of higher harmonics are switched on [RF Patent No. 2280934, H02J 3/18. Method of controlling the reactive power compensation device / M.I. Mazurov, A.V. Nikolaev, R.A. Dainovsky, B.P. Krasnova. - publ. July 27, 2006, Bul. No. 21].

Однако в указанном способе управления предусматривается дискретное включение и отключение как фильтров высших гармоник, так тиристорно-реакторной группы в составе автономного инвертора в устройстве автоматической компенсации реактивной мощности. Это усложняет соблюдение условия поддержания напряжения на накопительном конденсаторе на таком уровне, который бы обеспечил непрерывное соблюдение требуемого коэффициента мощности, определяемого известным соотношением составляющих мощностей в сети переменного тока.However, this control method provides for discrete switching on and off of both the higher harmonic filters and the thyristor-reactor group as part of an autonomous inverter in an automatic reactive power compensation device. This complicates compliance with the condition for maintaining the voltage on the storage capacitor at a level that would ensure continuous compliance with the required power factor, determined by the known ratio of the power components in the AC network.

Известен также способ поддержания заданного значения напряжения на накопительном конденсаторе в устройстве параллельного активного фильтра для повышения коэффициента мощности и компенсации токов высших гармоник и состоящего из инвертора, к которому со стороны постоянного тока подключен накопительный конденсатор, уровень напряжения на котором контролирует дополнительно введенный регулятор [Патент РФ №2413350, H02J 3/18. Способ компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети / Б.Н. Абрамович, В.В. Полищук, Ю.А. Сычев. - опубл. 27.02.2011, Бюл. №6]. В соответствии со способом регулятор дает сигнал на силовые ключи инвертора для подзаряда накопительного конденсатора, если фактическое напряжение ниже задания. Регулятор обеспечивает запас величины напряжения конденсатора в случае внезапного изменения режима работы нелинейной нагрузки, приводящего к увеличению потребляемого ей искаженного тока и, как следствие, к росту величины необходимого компенсационного тока. Регулятор имеет верхний и нижний пределы ограничения, не позволяющие устройству работать в режиме длительной перегрузки.There is also known a method of maintaining a given voltage value on a storage capacitor in a parallel active filter device for increasing the power factor and compensating for higher harmonic currents and consisting of an inverter to which a storage capacitor is connected from the DC side, the voltage level on which is controlled by an additionally introduced regulator [RF Patent No. 2413350, H02J 3/18. Method of compensation of higher harmonics and power factor correction of the network / B.N. Abramovich, V.V. Polishchuk, Yu.A. Sychev. - publ. 02/27/2011, Bul. No. 6]. In accordance with the method, the regulator gives a signal to the power switches of the inverter to recharge the storage capacitor if the actual voltage is lower than the reference. The regulator provides a margin of the capacitor voltage in the event of a sudden change in the operating mode of a nonlinear load, leading to an increase in the distorted current consumed by it and, as a consequence, to an increase in the value of the required compensation current. The regulator has upper and lower limiting limits that do not allow the device to operate in continuous overload mode.

Однако в указанном способе для контроля уровня заряда используется релейный принцип поддержания напряжения на накопительном конденсаторе, при этом величина ширины гистерезиса релейного регулятора будет приводить к небалансу компенсируемых устройством в сети переменного тока реактивных мощностей, относительно мощности, развиваемой устройством за счет запасенной энергии заряда накопительного конденсатора. Это является недостатком способа, поскольку образующийся небаланс мощностей ухудшает точность отработки задания устройством по компенсационному току и требует увеличения частоты переключения силовых ключей инвертора.However, in this method, to control the charge level, the relay principle of maintaining the voltage on the storage capacitor is used, while the width of the hysteresis of the relay regulator will lead to an imbalance of the reactive powers compensated by the device in the AC network, relative to the power developed by the device due to the stored energy of the storage capacitor charge. This is a disadvantage of the method, since the resulting power imbalance degrades the accuracy of the task by the device for the compensation current and requires an increase in the switching frequency of the power switches of the inverter.

Кроме того, известен способ поддержания заданного значения напряжения на накопительном конденсаторе как источнике реактивной мощности при помощи устройства дозарядки на стороне постоянного тока инвертора напряжения в трехфазном компенсаторе реактивной мощности, в который введены дополнительные блоки: устройство вычисления активной и реактивной мощности, устройство вычисления заданного напряжения, элементы сравнения, пропорционально-интегрирующий регулятор (ПИ-регулятор), блок управления устройством дозарядки источника реактивной мощности и датчик напряжения [Патент РФ №2420848, H02J 3/18. Трехфазный компенсатор реактивной мощности / Ю.М. Кулинич, В.К. Духовников. - опубл. 10.06.2011, Бюл. №16], заключающийся в том, что суммарная реактивная мощность QΣ вычисляется с помощью блока вычисления активной и реактивной мощности, а необходимое для ее компенсации напряжение UИСТ на зажимах источника реактивной мощности рассчитывается устройством вычисления заданного напряжения в соответствии с выражением

Figure 00000001
. С помощью блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности происходит регулирование напряжения на зажимах источника реактивной мощности. Для этого на вход блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности через ПИ-регулятор подается разностный сигнал ΔU=UЗАД-UФ, пропорциональный разности заданного UЗАД и фактического UФ значений напряжения источника реактивной мощности. Датчик напряжения определяет фактическое значение напряжения UФ. Элемент сравнения сравнивает заданное и фактическое значения напряжений. ПИ-регулятор обеспечивает изодромное регулирование и нулевое установившееся значение ошибки по положению (разности напряжений ΔU=UЗАД-UФ) по закону регулированияIn addition, there is a known method of maintaining a specified voltage value on a storage capacitor as a source of reactive power using a charging device on the DC side of a voltage inverter in a three-phase reactive power compensator, into which additional units are introduced: a device for calculating active and reactive power, a device for calculating a given voltage, comparison elements, a proportional-integrating regulator (PI-regulator), a control unit for a reactive power source recharging device and a voltage sensor [RF Patent No. 2420848, H02J 3/18. Three-phase reactive power compensator / Yu.M. Kulinich, V.K. Dukhovnikov. - publ. 06/10/2011, Bul. No. 16], which consists in the fact that the total reactive power Q Σ is calculated using the unit for calculating the active and reactive power, and the voltage U IST required for its compensation at the terminals of the reactive power source is calculated by the device for calculating the specified voltage in accordance with the expression
Figure 00000001
. With the help of the control unit of the reactive power source additional charging device, the voltage at the terminals of the reactive power source is regulated. For this purpose, a difference signal ΔU = U READ -U F is fed to the input of the control unit of the reactive power source recharging device through the PI controller, which is proportional to the difference between the set U READ and the actual U F voltage values of the reactive power source. The voltage sensor determines the actual voltage value U Ф. The comparison element compares the setpoint and actual voltage values. PI-controller provides isodromic regulation and zero steady-state value of position error (voltage difference ΔU = U ZAD -U F ) according to the regulation law

Figure 00000002
Figure 00000002

где k, Т - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени ПИ-регулятора. При изменении тока трехфазной нагрузки происходит изменение реактивной составляющей ее мощности. Увеличение тока трехфазной нагрузки приводит к увеличению реактивной мощности, что требует повышения уровня напряжения источника реактивной мощности, затрачиваемого для компенсации реактивной мощности. Снижение тока трехфазной нагрузки, наоборот, должно сопровождаться уменьшением напряжения источника реактивной мощности. Устройство вычисления заданного напряжения для постоянной емкости конденсатора источника реактивной мощности рассчитывает необходимое значение напряжения UЗАД на обкладках конденсатора. Если это напряжение не равно фактическому значению напряжения UФ, то появляется разностный сигнал ΔU на выходе элемента сравнения. В соответствии с уравнением (1) ПИ-регулятор преобразует входную координату ΔU в управляющий сигнал у для блока управления устройством дозарядки источника реактивной мощности.where k, T are the gain and the time constant of the PI controller, respectively. When the current of a three-phase load changes, the reactive component of its power changes. An increase in the three-phase load current leads to an increase in reactive power, which requires an increase in the voltage level of the reactive power source consumed for reactive power compensation. A decrease in the current of a three-phase load, on the contrary, should be accompanied by a decrease in the voltage of the reactive power source. The device for calculating the set voltage for the constant capacitance of the capacitor of the reactive power source calculates the required voltage value U READ on the capacitor plates. If this voltage is not equal to the actual value of the voltage U F , then a difference signal ΔU appears at the output of the comparison element. In accordance with equation (1), the PI controller converts the input coordinate ΔU into a control signal y for the control unit of the reactive power source recharging device.

Однако указанный способ управления требует введения в устройство автоматической компенсации реактивной мощности дополнительных блоков вычисления и регулирования, которые должны обладать высоким быстродействием, позволяющим отрабатывать резкие изменения тока нелинейной нагрузки с реактивным характером длительностью от тысячных долей миллисекунд. Выполнение этих требований обусловлено непрерывным контролем соответствия между запасенной энергией в накопительном конденсаторе и необходимой энергией для создания режима компенсации и обеспечения условия баланса мощностей. Это потребует применения дополнительных настроек во введенных блоках, снизит надежность функционирования устройства автоматической компенсации реактивной мощности и приведет к дополнительным затратам.However, this control method requires the introduction of additional calculation and control units into the automatic reactive power compensation device, which must have a high speed of response, allowing to work out abrupt changes in the nonlinear load current with a reactive character lasting from thousandths of milliseconds. The fulfillment of these requirements is due to the continuous monitoring of the correspondence between the stored energy in the storage capacitor and the energy required to create a compensation mode and ensure the power balance condition. This will require the use of additional settings in the introduced units, reduce the reliability of the operation of the automatic reactive power compensation device and lead to additional costs.

Известен также способ поддержания заданного значения напряжения на накопительном конденсаторе, который реализован в устройстве автоматической компенсации реактивной мощности [Патент РФ №186406, H02J 3/18. Устройство автоматической компенсации реактивной мощности / Н.И. Щуров, А.А. Штанг, А.В. Мятеж, С.В. Мятеж, Е.А. Спиридонов, Е.Ю. Абрамов. - опубл. 21.01.2019, Бюл. №3], являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в том, что измеряют напряжение сети U(t) и тока компенсации ik(t) и при помощи одного микропроцессорного блока вычисляют среднее значение мощности за период, для этого измеренные значения непрерывно умножают и получают произведения ik(t)⋅U(t), которые интегрируют и относят к рабочему периоду Т, определяют тем самым результат

Figure 00000003
, который отражает активную мощность, передаваемую от инвертора напряжения устройства автоматической компенсации реактивной мощности в трехфазную сеть и обратно (направление зависит от знака интегральной суммы), а для устранения статизма полученный результат интегрируют другим электронным устройством и формируют значение амплитуды желаемого гармонического тока Im, и если имеет место отрицательное значение интегральной суммы Ркомпенсации=Рнагрузки-Рсети, то автоматически увеличивают значение амплитуды тока Im для того, что бы сократить разность между мощностью нагрузки и мощностью, потребляемой из сети до пренебрежимо малых значений, а если имеет место положительный знак мощности компенсации, что говорит о подпитке активной мощностью нагрузки от накопительного конденсатора и быстром истощении его заряда, то на выходе интегратора активной мощности уменьшают значение амплитуды тока Im до тех пор, пока значение активной мощности компенсации не станет пренебрежимо мало. Таким образом, описанный способ в устройстве автоматической компенсации реактивной мощности автоматически сохраняет постоянство заряда накопительного конденсатора, а алгоритм автоматического компенсатора реактивной мощности в общем случае способен работать в трехфазной сети, напряжения фаз которых и токи нагрузки не являются синусоидальными и симметричными.There is also known a method of maintaining a given voltage value on a storage capacitor, which is implemented in an automatic reactive power compensation device [RF Patent No. 186406, H02J 3/18. Automatic reactive power compensation device / N.I. Shchurov, A.A. Shtang, A.V. Revolt, S.V. Mutiny, E.A. Spiridonov, E.Yu. Abramov. - publ. 01.21.2019, Bul. No. 3], which is a prototype of the present invention and consists in the fact that the mains voltage U (t) and the compensation current i k (t) are measured and the average power value for the period is calculated using one microprocessor unit, for this the measured values are continuously multiplied and obtained products i k (t) ⋅U (t), which are integrated and referred to the working period T, thereby determine the result
Figure 00000003
, which reflects the active power transmitted from the voltage inverter of the automatic reactive power compensation device to the three-phase network and vice versa (the direction depends on the sign of the integral sum), and to eliminate static, the result is integrated with another electronic device and the value of the amplitude of the desired harmonic current I m is formed , and if there is a negative value of the integral sum P compensation = P load -P network , then the value of the current amplitude I m is automatically increased in order to reduce the difference between the load power and the power consumed from the network to negligible values, and if there is a positive the sign of the compensation power, which indicates that the active power of the load is fed from the storage capacitor and that its charge is rapidly depleted, then at the output of the active power integrator, the value of the current amplitude I m is reduced until the value of the active compensation power becomes negligible. Thus, the described method in the automatic reactive power compensation device automatically maintains a constant charge of the storage capacitor, and the automatic reactive power compensation algorithm is generally capable of operating in a three-phase network, whose phase voltages and load currents are not sinusoidal and symmetrical.

Однако указанный способ контроля заряда накопительного конденсатора для получения энергии, обеспечивающей режим компенсации, требует непрерывного определения баланса потребляемых устройством активных мощностей по всем фазам и подразумевает использование ресурсов аппаратных средств двух перечисленных вычислительных блоков для реализации непрерывных вычислений, что связано с необходимостью применения электронных и микропроцессорных устройств, составлением алгоритмов и программ и обусловит в конечном итоге дополнительные затраты.However, this method of controlling the charge of the storage capacitor to obtain energy that provides the compensation mode requires continuous determination of the balance of active powers consumed by the device in all phases and implies the use of hardware resources of the two listed computing units to implement continuous computations, which is associated with the need to use electronic and microprocessor devices , compiling algorithms and programs and will ultimately determine additional costs.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является сокращение количества вычислительных процедур, которым для поддержания баланса накопленной энергии требуются непрерывные расчеты в системе управления устройством автоматической компенсации реактивной мощности.The task (technical result) of the proposed invention is to reduce the number of computational procedures, which, in order to maintain the balance of accumulated energy, require continuous calculations in the control system of the automatic reactive power compensation device.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе обеспечения баланса накопленной энергии в устройстве автоматической компенсации реактивной мощности измеряют напряжение сети, формируют значение амплитуды желаемого гармонического тока и для сохранения заряда накопительного конденсатора автоматически устраняют статизм и сокращают разность между мощностью нагрузки и мощностью, потребляемой из сети, при этом измеряют напряжение на накопительном конденсаторе и контролируют соответствие между запасенной энергией в накопительном конденсаторе и необходимой энергией для создания режима компенсации за счет свойства конденсаторов осуществлять непрерывное интегрирование, для этого известную величину емкости накопительного конденсатора считают коэффициентом в алгебраическом выражении, в котором этот коэффициент умножают на измеренную величину изменения фактического напряжения на накопительном конденсаторе и делят на малый промежуток времени, из полученного результата вычитают умноженную на принятый коэффициент поправочную разность величин заданного и фактического напряжения на накопительном конденсаторе, измеренного в текущий момент, и в результате данных вычислений определяют амплитуду желаемого гармонического тока, которая автоматически сохраняет баланс накопленной энергии в устройстве автоматической компенсации реактивной мощности в виде постоянства электрического заряда на накопительном конденсаторе.The task is achieved by the fact that in the proposed method of ensuring the balance of the accumulated energy in the device for automatic compensation of reactive power, the network voltage is measured, the value of the amplitude of the desired harmonic current is formed, and in order to preserve the charge of the storage capacitor, statism is automatically eliminated and the difference between the load power and the power consumed from the network , at the same time, the voltage across the storage capacitor is measured and the correspondence between the stored energy in the storage capacitor and the energy required to create a compensation mode due to the properties of capacitors to carry out continuous integration is monitored, for this the known value of the storage capacitor capacity is considered a coefficient in an algebraic expression in which this coefficient is multiplied by the measured value of the change in the actual voltage across the storage capacitor and divided by a short period of time, the result is subtracted by the correction difference between the values of the specified and actual voltage across the storage capacitor, measured at the current moment, and as a result of these calculations, the amplitude of the desired harmonic current is determined, which automatically maintains the balance of the accumulated energy in the device for automatic compensation of reactive power in the form of a constant electric charge on the storage capacitor condenser.

Предлагаемый способ исключает аппаратно-программную вычислительную процедуру определения баланса потребляемых устройством активных мощностей по всем фазам, а контроль соответствия между запасенной энергией в накопительном конденсаторе и необходимой энергией для создания режима компенсации достигается естественным путем, используя фундаментальное свойство конденсаторов осуществлять непрерывное интегрирование. Поскольку накопленное напряжение на обкладках конденсатора пропорционально интегралу тока, то результат данной операции, отнесенный к интервалу времени, кратному рабочему периоду Т, будет пропорционален активной мощности, передаваемой устройством в трехфазную сеть и обратно. При этом знак изменения величины напряжения на обкладках накопительного конденсатора будет непосредственно свидетельствовать о наличии положительного или отрицательного небаланса мощностей, а отсутствие изменения величины напряжения на обкладках накопительного конденсатора будет означать достижение баланса накопленной энергии.The proposed method eliminates the hardware-software computational procedure for determining the balance of active powers consumed by the device in all phases, and control of the correspondence between the stored energy in the storage capacitor and the energy required to create the compensation mode is achieved in a natural way, using the fundamental property of capacitors to carry out continuous integration. Since the accumulated voltage on the capacitor plates is proportional to the integral of the current, the result of this operation, referred to a time interval that is a multiple of the operating period T, will be proportional to the active power transmitted by the device to the three-phase network and vice versa. In this case, the sign of the change in the voltage value on the plates of the storage capacitor will directly indicate the presence of a positive or negative power imbalance, and the absence of a change in the voltage value on the plates of the storage capacitor will mean the achievement of the balance of the accumulated energy.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. На фиг. 2 показаны временные диаграммы напряжения и тока в одной из фаз нелинейной нагрузки в частном случае, когда она имеет активный характер и содержит в своем составе трехфазный выпрямитель. Для этого случая временные диаграммы работы устройства будут соответствовать фиг. 3. На фиг. 4 показаны временные диаграммы напряжения и тока в одной из фаз нелинейной нагрузки в другом частном случае, когда нелинейная нагрузка имеет активно-емкостной характер. Для этого случая временные диаграммы работы устройства будут соответствовать фиг. 5.In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method. In FIG. 2 shows the timing diagrams of voltage and current in one of the phases of a nonlinear load in the particular case when it has an active character and contains a three-phase rectifier. For this case, the timing diagrams of the device will correspond to FIG. 3. In FIG. 4 shows the timing diagrams of voltage and current in one of the phases of a nonlinear load in another particular case, when the nonlinear load has an active-capacitive nature. For this case, the timing diagrams of the device will correspond to FIG. five.

Устройство (фиг. 1), реализующее предлагаемый способ, содержит: 1 - инвертор напряжения на основе схемы управляемого трехфазного моста с накопительным конденсатором и трехфазным дросселем; 2 - датчик, непосредственно измеряющий фактическую величину напряжения UФ накопительного конденсатора; 3 - арифметический вычислитель амплитуды желаемого гармонического тока Im; 4 - датчики напряжения сети U(t); 5 - формирователь корректирующего тока; 6 - трансформаторы тока нагрузки in(t); 7 -нагрузка с реактивным характером, присоединенная к трехфазной электрической сети, которая в общем случае может быть нелинейной. Нагрузка 7 получает питание от трехфазной сети, вызывая протекание токов in(t), которые фиксируют трансформаторы тока 6. Формирователь 5 получает данные сигналов напряжения сети U(t) от датчиков напряжения 4 и данные сигналов токов нагрузки in(t) от трансформаторов тока 6 и определяет значение корректирующего тока, используя разность между током Im⋅sin(ωt) (синтезируемым двумя переменными Im и ω, а также функцией sin) и мгновенным значением тока нагрузки in(t). Инвертор напряжения 1 на основе широтно-импульсной модуляции формирует трехфазные токи, пропорциональные по форме и амплитуде выходному сигналу формирователя 5 корректирующего тока. Арифметический вычислитель амплитуды Im желаемого гармонического тока 3 выполняет условие сохранение баланса накопленной энергии в накопительном конденсаторе, поскольку производимые им вычисления являются аналогом решения интегрального уравнения (1) для определения формирователем 5 управляющего воздействия на инвертор напряжения 1 с целью обеспечения непрерывного восполнения заряда накопительного конденсатора. Таким образом, устранена необходимость непрерывного решения интегрального уравнения средствами электронных и микропроцессорных устройств, требующих высокого быстродействия, а взамен решения интегрального уравнения предложено более простое решение алгебраического уравнения, сокращено количество вычислительных процедур и упрощен процесс регулирования, основанный на способе обеспечения баланса накопленной энергии в устройстве автоматической компенсации реактивной мощности.The device (Fig. 1), which implements the proposed method, contains: 1 - a voltage inverter based on a controlled three-phase bridge circuit with a storage capacitor and a three-phase choke; 2 - a sensor that directly measures the actual voltage value U F of the storage capacitor; 3 - arithmetic calculator of the amplitude of the desired harmonic current I m ; 4 - network voltage sensors U (t); 5 - correcting current driver; 6 - load current transformers i n (t); 7 is a load with a reactive character connected to a three-phase electrical network, which in general may be non-linear. The load 7 receives power from the three-phase network, causing the flow of currents i n (t), which are fixed by the current transformers 6. The generator 5 receives the data of the network voltage U (t) signals from the voltage sensors 4 and the data of the load current signals i n (t) from the transformers current 6 and determines the value of the correcting current using the difference between the current I m ⋅sin (ωt) (synthesized by two variables I m and ω, as well as the sin function) and the instantaneous value of the load current i n (t). The voltage inverter 1, based on pulse-width modulation, generates three-phase currents proportional in shape and amplitude to the output signal of the correcting current driver 5. The arithmetic calculator of the amplitude I m of the desired harmonic current 3 fulfills the condition of maintaining the balance of the accumulated energy in the storage capacitor, since the calculations performed by it are analogous to solving the integral equation (1) for determining by the shaper 5 a control action on the voltage inverter 1 in order to ensure continuous replenishment of the storage capacitor charge. Thus, the need for a continuous solution of the integral equation by means of electronic and microprocessor devices requiring high speed is eliminated, and instead of solving the integral equation, a simpler solution of the algebraic equation is proposed, the number of computational procedures is reduced and the control process is simplified based on the method of ensuring the balance of accumulated energy in an automatic device. reactive power compensation.

Способ осуществляется следующим образом. Имеющийся в устройстве накопительный конденсатор будет дополнительно выполнять функцию параметрического аппаратного интегратора, исключив из структурной блок-схемы прототипа два дополнительных вычислительных блока, определяющих баланс активных мощностей, потребляемых устройством по всем фазам, поскольку в соответствии с уравнением из теоретических основ электротехникиThe method is carried out as follows. The storage capacitor available in the device will additionally perform the function of a parametric hardware integrator, excluding from the structural block diagram of the prototype two additional computing units that determine the balance of active powers consumed by the device in all phases, since in accordance with the equation from the theoretical foundations of electrical engineering

Figure 00000004
Figure 00000004

из чего следует, что известная емкость С является коэффициентом в алгебраическом выражении, позволяющем вычислять амплитуду желаемого гармонического тока Im, если датчиком напряжения 2 определено изменение фактического напряжения ΔU на накопительном конденсаторе за малый промежуток времени Δt. Вычислитель 3 для каждого момента времени t2=t1+Δt непрерывно осуществляет поиск такого значения амплитуды желаемого гармонического тока Im, которое приводит к отсутствию изменений величин фактических напряжений UФ(t2)-UФ(t1)→0 на обкладках накопительного конденсатора и определяет текущее значение амплитуды желаемого гармонического тока

Figure 00000005
. Для устранения статизма в алгебраическое выражение вычислителя дополнительно введена поправочная разность K(UЗАД-UФ(t2)), фиксирующая возможное расхождение между заданным значением UЗАД напряжения на обкладках накопительного конденсатора и фактического значения, измеренного датчиком 2 в текущий момент времени t2. Таким образом, переложив на накопительный конденсатор функцию параметрического аппаратного интегратора, введенный в систему управления вычислитель 3 вместо решения интегрального уравнения (1) в силу свойств (2) достигает аналогичного результата путем решения алгебраического уравненияfrom which it follows that the known capacitance C is a coefficient in an algebraic expression that makes it possible to calculate the amplitude of the desired harmonic current I m if the voltage sensor 2 determines the change in the actual voltage ΔU across the storage capacitor for a short time interval Δt. Calculator 3 for each moment of time t 2 = t 1 + Δt continuously searches for such a value of the amplitude of the desired harmonic current I m , which leads to the absence of changes in the values of actual voltages U F (t 2 ) -U F (t 1 ) → 0 on the plates storage capacitor and determines the current value of the amplitude of the desired harmonic current
Figure 00000005
. To eliminate statism in the algebraic expression of the calculator, a correction difference K (U ADD -U F (t 2 )) is additionally introduced, which fixes the possible discrepancy between the set value U REV of the voltage on the plates of the storage capacitor and the actual value measured by sensor 2 at the current time t 2 ... Thus, by transferring to the storage capacitor the function of the parametric hardware integrator, the computer 3 introduced into the control system, instead of solving the integral equation (1), due to properties (2), achieves a similar result by solving the algebraic equation

Figure 00000006
Figure 00000006

а для произвольного момента времениand for an arbitrary moment of time

Figure 00000007
Figure 00000007

Поэтому, даже малое изменение ΔUФ, фиксируемое вычислителем 3, будет нивелировано растущим управляющим воздействием. Режим, при котором ΔUФ>0, приведет к росту значения амплитуды желаемого гармонического тока Im, что вызовет сокращение разности между мощностью нагрузки и мощностью, потребляемой из сети. И наоборот, режим, при котором ΔUФ<0, означает подпитку активной мощностью нагрузки от накопительного конденсатора и быстром истощении его заряда, вычислитель 3 будет формировать уменьшение тока Im до тех пор, пока значение активной мощности компенсации не станет пренебрежимо мало. Эти процессы идут до тех пор, пока имеется разность между значениями мощности нагрузки и мощности, потребляемой из сети. Таким образом, предлагаемый способ автоматически сохраняет баланс накопленной энергии в виде электрического заряда на накопительном конденсаторе устройства автоматической компенсации реактивной мощности.Therefore, even a small change in ΔU F , recorded by the calculator 3, will be leveled out by the growing control action. The mode in which ΔU Ф > 0 will lead to an increase in the amplitude of the desired harmonic current I m , which will cause a reduction in the difference between the load power and the power consumed from the network. And vice versa, the mode in which ΔU Ф <0 means feeding the active power of the load from the storage capacitor and rapidly depleting its charge, the calculator 3 will form a decrease in the current I m until the value of the active compensation power becomes negligible. These processes go on as long as there is a difference between the values of the load power and the power consumed from the network. Thus, the proposed method automatically maintains the balance of accumulated energy in the form of an electric charge on the storage capacitor of the automatic reactive power compensation device.

Техническим результатом является использование накопительного конденсатора в дополнительной роли параметрического аппаратного интегратора, что позволило исключить из структурной схемы прототипа два вычислительных блока, выполняющих при помощи средств электронной и микропроцессорной техники умножение тока компенсации на напряжение сети и определяющих путем интегрирования среднее значение мощности за период и пропорционального ей значения тока компенсации. Сокращение количества вычислительных блоков и процедур, в свою очередь уменьшает количество быстродействующих электронных и микропроцессорных устройств, ведет к упрощению алгоритмов и программ и обусловит в конечном итоге снижение себестоимости устройства автоматической компенсации реактивной мощности в целом.The technical result is the use of a storage capacitor in the additional role of a parametric hardware integrator, which made it possible to exclude from the structural diagram of the prototype two computing units, which, using electronic and microprocessor technology, multiply the compensation current by the mains voltage and determine, by integration, the average power value for the period and proportional to it compensation current values. Reducing the number of computing units and procedures, in turn, reduces the number of high-speed electronic and microprocessor devices, leads to a simplification of algorithms and programs, and will ultimately lead to a decrease in the cost of the automatic reactive power compensation device as a whole.

Claims (1)

Способ обеспечения баланса накопленной энергии в устройстве автоматической компенсации реактивной мощности, содержащем инвертор напряжения на основе схемы управляемого трехфазного моста с накопительным конденсатором и трехфазным дросселем, заключающийся в том, что измеряют напряжение сети, формируют значение амплитуды желаемого гармонического тока и для сохранения заряда накопительного конденсатора автоматически устраняют статизм и сокращают разность между мощностью нагрузки и мощностью, потребляемой из сети, отличающийся тем, что измеряют напряжение на накопительном конденсаторе и контролируют соответствие между запасенной энергией в накопительном конденсаторе и необходимой энергией для создания режима компенсации за счет свойства конденсаторов осуществлять непрерывное интегрирование, для этого известную величину емкости накопительного конденсатора считают коэффициентом в алгебраическом выражении, в котором этот коэффициент умножают на измеренную величину изменения фактического напряжения на накопительном конденсаторе и делят на малый промежуток времени, из полученного результата вычитают умноженную на принятый коэффициент поправочную разность величин заданного и фактического напряжения на накопительном конденсаторе, измеренного в текущий момент, и в результате данных вычислений определяют амплитуду желаемого гармонического тока, которая автоматически сохраняет баланс накопленной энергии в устройстве автоматической компенсации реактивной мощности в виде постоянства электрического заряда на накопительном конденсаторе.A method for ensuring the balance of accumulated energy in an automatic reactive power compensation device containing a voltage inverter based on a controlled three-phase bridge circuit with a storage capacitor and a three-phase choke, which consists in measuring the mains voltage, forming the amplitude value of the desired harmonic current and automatically to preserve the storage capacitor charge eliminate statism and reduce the difference between the load power and the power consumed from the network, characterized in that the voltage across the storage capacitor is measured and the correspondence between the stored energy in the storage capacitor and the required energy is monitored to create a compensation mode due to the properties of capacitors to carry out continuous integration, for this the known value of the capacity of the storage capacitor is considered a coefficient in an algebraic expression, in which this coefficient is multiplied by the measured value of the change in the actual voltage on the storage capacitor and divided by a small period of time, from the obtained result, the correction difference of the values of the specified and actual voltage on the storage capacitor, measured at the current moment, multiplied by the accepted factor, is subtracted, and as a result of these calculations, the amplitude of the desired harmonic current is determined, which automatically maintains the balance stored energy in the device for automatic compensation of reactive power in the form of a constant electric charge on the storage capacitor.
RU2019126360A 2019-08-20 2019-08-20 Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device RU2726474C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126360A RU2726474C1 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126360A RU2726474C1 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2726474C1 true RU2726474C1 (en) 2020-07-14

Family

ID=71616742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019126360A RU2726474C1 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2726474C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2222856C2 (en) * 2002-04-30 2004-01-27 Агунов Александр Викторович Method for instant generation of correction- current for supply mains
RU2420848C1 (en) * 2010-06-10 2011-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) Three-phase compensator of reactive power
JP2012085500A (en) * 2010-10-15 2012-04-26 Mitsubishi Electric Corp Reactive power compensation device
RU186406U1 (en) * 2018-10-22 2019-01-21 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" REACTIVE AUTOMATIC COMPENSATION DEVICE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2222856C2 (en) * 2002-04-30 2004-01-27 Агунов Александр Викторович Method for instant generation of correction- current for supply mains
RU2420848C1 (en) * 2010-06-10 2011-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) Three-phase compensator of reactive power
JP2012085500A (en) * 2010-10-15 2012-04-26 Mitsubishi Electric Corp Reactive power compensation device
RU186406U1 (en) * 2018-10-22 2019-01-21 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" REACTIVE AUTOMATIC COMPENSATION DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10461577B2 (en) Inverter paralleling control system and method
RU2599731C2 (en) Circuit of dc power accumulator and operation method thereof
US9712075B2 (en) Method of controlling single-phase voltage source AC/DC converter and interconnection system
US8437158B2 (en) Active rectification output capacitors balancing algorithm
KR101677802B1 (en) Controller of energy storage system
US20200204057A1 (en) Power conversion device and power conversion system
US20080239770A1 (en) Active Network Filter
KR101562848B1 (en) Method for uninterruptible power supply system control by using active damping control scheme and repeat control techniques
RU2354025C1 (en) Method for high harmonics compensation and system power factor correction
JP3130694B2 (en) Voltage fluctuation and harmonic suppression device
CN108183490B (en) Control gain adjustment method, device and system for reactive compensation device
RU186406U1 (en) REACTIVE AUTOMATIC COMPENSATION DEVICE
RU176107U1 (en) HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
RU2619919C1 (en) Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive
RU2726474C1 (en) Method of providing balance of accumulated energy in automatic reactive power compensation device
RU2413350C1 (en) Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
RU198721U1 (en) DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR
RU2573599C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry
RU2512886C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU2420848C1 (en) Three-phase compensator of reactive power
CN109906555B (en) Active electronic simulation of a passive circuit component
JPH0965574A (en) Control of self-excited reactive power compensating device
RU2733999C1 (en) Voltage inverter control method in electric energy accumulation systems with sharply alternating load
JPH03245793A (en) Method and device for controlling ac motor
JP2001512956A (en) Method and apparatus for improving current quality in superimposed networks