RU2776423C1 - Method for controlling a filter compensating apparatus under non-steady non-linear loads and apparatus for implementation thereof - Google Patents

Method for controlling a filter compensating apparatus under non-steady non-linear loads and apparatus for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2776423C1
RU2776423C1 RU2021107280A RU2021107280A RU2776423C1 RU 2776423 C1 RU2776423 C1 RU 2776423C1 RU 2021107280 A RU2021107280 A RU 2021107280A RU 2021107280 A RU2021107280 A RU 2021107280A RU 2776423 C1 RU2776423 C1 RU 2776423C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current sensor
input
output
load
active power
Prior art date
Application number
RU2021107280A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Николаевич Воротников
Максим Алексеевич Мастепаненко
Шалико Жораевич Габриелян
Анна Александровна Шунина
Станислав Вадимович Мишуков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2776423C1 publication Critical patent/RU2776423C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: area of application: in the field of electrical engineering and electric power engineering. Filter compensating apparatus (FCA) comprises a single-phase bridge inverter, a storage capacitor, an L-shaped filter including a throttle valve and a capacitor, a digital controller, a pulse-width modulator, analogue-to-digital converters, a network voltage sensor, a line current sensor, a load current sensor, and an FCA output current sensor. The control system of the apparatus includes an additional active power prediction unit which connects by the inputs to the output ports of the main digital master controller and by the outputs to the input ports of the main digital master controller.
EFFECT: increase in the efficiency of transmission and consumption and improvement of the quality of electrical power.
1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, в частности к способам и устройствам компенсации неактивных составляющих мощности, и может быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими ток и напряжение нестационарными нелинейными нагрузками с целью повышения эффективности передачи, потребления и улучшения качества электроэнергии.The invention relates to electrical engineering and electric power industry, in particular to methods and devices for compensating inactive power components, and can be used in power supply systems for electrical and energy circuits with current and voltage distorting non-stationary non-linear loads in order to increase the efficiency of transmission, consumption and improve the quality of electricity.

Уровень техникиState of the art

Известен способ управления кондиционером электросети (патент RU №2408122 C1), заключающийся в том, что измеряют входное напряжение и ток однофазной электросети, сигнал напряжения умножают на управляющий сигнал и сравнивают с сигналом датчика тока электросети. Полученный разностный сигнал используют для управления широтно-импульсным модулятором силового канала кондиционера.There is a known method for controlling the air conditioner of the mains (patent RU No. 2408122 C1), which consists in measuring the input voltage and current of a single-phase mains, the voltage signal is multiplied by the control signal and compared with the signal of the mains current sensor. The resulting difference signal is used to control the pulse-width modulator of the power channel of the air conditioner.

Недостатками данного способа является инерционность за счет операций выпрямления и интегрирования сигнала датчика тока нагрузки, некорректное формирование управляющего сигнала для случаев нестационарных и резкопеременных нагрузок.The disadvantages of this method is the inertia due to the operations of rectification and integration of the load current sensor signal, incorrect formation of the control signal for cases of non-stationary and rapidly changing loads.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа способа, является способ генерирования компенсационного тока в питающую сеть (патент RU №2183897), заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока потребителя и мгновенные значения напряжения питающей сети, определяют их производные, активную мощность потребителя и действующее значение напряжения питающей сети. Затем вычисляют величины произведений индуктивности реактора на производную напряжения сети, предварительно умноженную на частное от деления активной мощности потребителя на квадрат действующего напряжения питающей сети, и на производную тока потребителя. Находят разность полученных величин, и к результату прибавляют мгновенное значение напряжения питающей сети. Определенное таким образом напряжение прикладывают к реактору, подключенному к питающей сети, чем достигается генерирование требуемого компенсационного тока в питающую сеть.The closest technical solution, chosen as a prototype of the method, is a method for generating compensation current into the supply network (patent RU No. 2183897), which consists in measuring the instantaneous values of the consumer current and the instantaneous values of the supply network voltage, determining their derivatives, the active power of the consumer and the effective value of the supply voltage. Then, the products of the reactor inductance and the derivative of the mains voltage, preliminarily multiplied by the quotient of dividing the active power of the consumer by the square of the effective voltage of the supply network, and by the derivative of the consumer current are calculated. The difference between the obtained values is found, and the instantaneous value of the mains voltage is added to the result. The voltage determined in this way is applied to the reactor connected to the supply network, thereby generating the required compensation current into the supply network.

Недостатком данного способа является невозможность компенсации неактивных составляющих мощности при нестационарных режимах работы электрических нагрузок по причине жесткого требования неизменности активной мощности нагрузки на интервале наблюдения (периоде сетевого напряжения).The disadvantage of this method is the impossibility of compensating for inactive power components in non-stationary modes of operation of electrical loads due to the strict requirement that the active power of the load remain unchanged over the observation interval (mains voltage period).

Известно устройство с использованием однофазного активного электрического фильтра (патент RU №2458381 С2), содержащего систему преобразования входной информации, соединенной с входом синхронизованного с сетью системы формирования сигнала ошибки. Выход синхронизованной с сетью системой формирования сигнала ошибки соединен с инвертором. Выход инвертора соединен с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ). К выходу ШИМ подключен вход буферного каскада, выходы буферного каскада соединены с входами импульсного усилителя мощности, а к выходу импульсного усилителя мощности подключена входная цепь LC-фильтра. Выходы LC-фильтра подсоединены к фазе питающей сети.A device is known using a single-phase active electric filter (patent RU No. 2458381 C2), containing a system for converting input information connected to the input of an error signal generation system synchronized with the network. The output of the grid-synchronized error signaling system is connected to the inverter. The output of the inverter is connected to the input of a pulse-width modulator (PWM). The input of the buffer stage is connected to the PWM output, the outputs of the buffer stage are connected to the inputs of the switching power amplifier, and the input circuit of the LC filter is connected to the output of the switching power amplifier. The outputs of the LC filter are connected to the mains phase.

Недостатками данного однофазного активного электрического фильтра являются: необходимость изменения режима работы фильтра при изменении спектрального состава напряжений и токов в питающей сети, ухудшение качества фильтрации при нестационарных нагрузках.The disadvantages of this single-phase active electric filter are: the need to change the operating mode of the filter when changing the spectral composition of voltages and currents in the supply network, the deterioration of the filtering quality under non-stationary loads.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является однофазный активный фильтр (патент RU №2670961), выбранный в качестве прототипа устройства, содержащий инвертор, накопительный конденсатор, фильтр пульсаций, измерительный преобразователь тока нагрузки, измерительный преобразователь тока фильтра, измерительный преобразователь напряжения фильтра, измерительный преобразователь напряжения накопительного конденсатора, контроллер системы управления. Контроллер системы управления включает регулятор напряжения накопительного конденсатора, генератор сигнала эталонного тока, сумматор-вычислитель сигнала тока искажения, сумматор, вычислитель сигнала тока ошибки, регулятор тока, широтно-импульсный модулятор.The closest in technical essence to the proposed one is a single-phase active filter (patent RU No. 2670961), selected as a prototype device, containing an inverter, a storage capacitor, a ripple filter, a load current measuring transducer, a filter current measuring transducer, a filter voltage measuring transducer, a measuring transducer storage capacitor voltage, control system controller. The control system controller includes a storage capacitor voltage regulator, a reference current signal generator, a distortion current signal adder-computer, an adder, an error current signal calculator, a current regulator, and a pulse-width modulator.

Недостатком данного устройства является ограниченная функциональность: возможность работы только при динамически изменяющейся нелинейной нагрузке, но не для случаев нестационарных режимов работы.The disadvantage of this device is limited functionality: the ability to work only with a dynamically changing non-linear load, but not for cases of non-stationary operating modes.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является введение в способ (алгоритм) управления устройством операции прогнозирования значения активной мощности нагрузки на предстоящем периоде напряжения питающей сети по результатам наблюдения за изменением активной мощности нагрузки на протяжении предшествующих периодов и статистической обработки полученных данных.The objective of the invention is to introduce into the method (algorithm) for controlling the device the operation of predicting the value of the active power of the load in the upcoming period of the supply voltage based on the results of monitoring the change in the active power of the load over previous periods and statistical processing of the data obtained.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности и электромагнитной совместимости преобразования электрической энергии при совпадении формы тока электросети при нестационарных нагрузках с формой напряжения электросети при условии, что напряжение синусоидально.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency and electromagnetic compatibility of the conversion of electrical energy when the shape of the current of the mains under non-stationary loads coincides with the shape of the mains voltage, provided that the voltage is sinusoidal.

Технический результат достигается при помощи способа управления фильтрокомпенсирующим устройством при нестационарных нелинейных нагрузках, заключающегося в том, что в течении заданного числа периодов напряжения питающей сети измеряют мгновенные значения напряжения и тока нагрузки однофазной электросети, по которым для каждого периода наблюдения определяют и запоминают активную мощность, отличается тем, что по полученным результатам измерений вычисляют прогнозируемое значение активной мощности на последующем периоде (интервале управления) напряжения питающей сети, при этом прогнозируемое значение активной мощности используется для определения требуемого мгновенного значения тока, генерируемого в сеть ФКУ, подключаемого параллельно к нагрузке, как разность между мгновенным значением тока нагрузки и произведением мгновенного напряжения питающей сети, умноженным на частное от деления спрогнозированной ранее активной мощности потребителя на квадрат действующего значения напряжения питающей сети.The technical result is achieved by using a method for controlling a filter-compensating device under non-stationary non-linear loads, which consists in the fact that during a given number of periods of the supply voltage, the instantaneous values of the voltage and current of the load of a single-phase electrical network are measured, according to which, for each observation period, the active power is determined and stored. by the fact that, based on the obtained measurement results, the predicted value of active power is calculated in the subsequent period (control interval) of the supply voltage, while the predicted value of active power is used to determine the required instantaneous value of the current generated in the FKU network, connected in parallel to the load, as the difference between the instantaneous value of the load current and the product of the instantaneous voltage of the supply network, multiplied by the quotient of dividing the previously predicted active power of the consumer by the square of the effective value of the supply voltage networks.

Технический результат достигается при помощи устройства по способу управления фильтрокомпенсирующим устройством при нестационарных нелинейных нагрузках, содержащего однофазный мостовой инвертор, накопительный конденсатор, Г-образный фильтр, имеющий в своем составе дроссель и конденсатор, цифровой контроллер, широтно-импульсный модулятор, аналого-цифровые преобразователи, при чем в состав системы управления устройством введен дополнительный блок прогнозирования активной мощности, который своими входами подключается к выходным портам основного цифрового управляющего контроллера, своими выходами соединяется со входными портами основного цифрового управляющего контроллера.The technical result is achieved using a device according to the method of controlling a filter compensating device for non-stationary non-linear loads, containing a single-phase bridge inverter, a storage capacitor, an L-shaped filter incorporating a choke and a capacitor, a digital controller, a pulse-width modulator, analog-to-digital converters, moreover, an additional active power prediction block is introduced into the device control system, which connects with its inputs to the output ports of the main digital control controller, and connects with its outputs to the input ports of the main digital control controller.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема ФКУ с основными элементами для осуществления предлагаемого способа управления.In FIG. 1 shows a functional block diagram of the FCU with the main elements for implementing the proposed control method.

На фиг. 2 приведены результаты математического моделирования прогнозирующего алгоритма в среде MathCAD.In FIG. 2 shows the results of mathematical modeling of the predictive algorithm in the MathCAD environment.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Сущность предлагаемого способа управления состоит в том, что в течении заданного числа периодов напряжения питающей сети без промежутков между интервалами измеряют мгновенные значения напряжения и тока однофазной электросети, по которым для каждого периода наблюдения (интервалов наблюдения) определяют и запоминают активную мощность. Затем вычисляют прогнозируемое значение активной мощности на последующем периоде (интервале управления) напряжения питающей сети. Прогнозируемое значение активной мощности используется для определения требуемого мгновенного значения тока, генерируемого в сеть ФКУ, подключаемого параллельно к нагрузке, как разность между мгновенным значением тока нагрузки и произведением мгновенного напряжения питающей сети, умноженным на частное от деления спрогнозированной ранее активной мощности потребителя на квадрат действующего значения напряжения питающей сети.The essence of the proposed control method is that during a given number of supply voltage periods, without intervals between intervals, the instantaneous values of the voltage and current of a single-phase electrical network are measured, according to which, for each observation period (observation intervals), active power is determined and stored. Then, the predicted value of active power is calculated for the subsequent period (control interval) of the mains voltage. The predicted value of active power is used to determine the required instantaneous value of the current generated in the PKU network, connected in parallel to the load, as the difference between the instantaneous value of the load current and the product of the instantaneous voltage of the supply network, multiplied by the quotient of dividing the previously predicted active power of the consumer by the square of the effective value mains voltage.

Способ управления ФКУ осуществляется следующим образом.The FKU control method is carried out as follows.

Основным соотношением предлагаемого способа для определения выходного тока ФКУ при условии параллельного подключения его к нагрузке является известное выражение для определения неактивной (пассивной) составляющей тока потребителя:The main ratio of the proposed method for determining the output current of the PKU, provided that it is connected in parallel to the load, is the well-known expression for determining the inactive (passive) component of the consumer current:

Figure 00000001
Figure 00000001

где iп(t) - мгновенные значения неактивной (пассивной) составляющей тока нелинейной нагрузки;where i p (t) - instantaneous values of the inactive (passive) component of the current of the non-linear load;

iн(t) - мгновенные значения тока нелинейной нагрузки, потребляемого из сети;i n (t) - instantaneous values of the current of the non-linear load consumed from the network;

uc(t) - мгновенные значения напряжение сети;u c (t) - instantaneous values of the mains voltage;

Р - активная мощность нагрузки;P is the active power of the load;

U - действующее напряжение сети.U is the operating voltage of the network.

Активная мощность нагрузки определяется по результатам измерений мгновенных значений напряжения сети и тока нагрузки:The active power of the load is determined by the results of measurements of the instantaneous values of the mains voltage and load current:

Figure 00000002
Figure 00000002

Действующее напряжение сети определяется по результатам измерений мгновенных значений напряжения сети:The effective mains voltage is determined by the results of measurements of the instantaneous values of the mains voltage:

Figure 00000003
Figure 00000003

Действующее напряжение сети будет считаться неизменным.The operating voltage of the network will be considered unchanged.

Соотношение (3) имеет существенное ограничение, связанное с обязательным требованием неизменности активной мощности на интервале усреднения (периоде сетевого напряжения). Однако, для нестационарных нагрузок это требование невыполнимо.Relation (3) has a significant limitation associated with the mandatory requirement that the active power remain unchanged over the averaging interval (mains voltage period). However, for non-stationary loads, this requirement is not feasible.

С целью устранения имеющегося противоречия, в изобретении предлагается использовать прогнозируемое значение активной мощности потребителя на предстоящем периоде по результатам наблюдения за изменением активной мощности на предыдущих периодах (предыстории) и статистической обработки исходных данных, а именно:In order to eliminate the existing contradiction, the invention proposes to use the predicted value of the active power of the consumer in the coming period based on the results of monitoring the change in active power in previous periods (prehistory) and statistical processing of the initial data, namely:

Figure 00000004
Figure 00000004

Определение прогнозируемой величины может выполняться при помощи известных методов экстраполяции: сплайнов, вейвлетов, автокорреляционных функций и другими.The determination of the predicted value can be performed using well-known extrapolation methods: splines, wavelets, autocorrelation functions, and others.

Для примера приводится соотношение для прогнозирования значений временного ряда, основанное на корреляционном анализе. В иностранной литературе это соотношение известно, как рекурсивный алгоритм Бурга:For example, a relation is given for predicting the values of a time series based on a correlation analysis. In foreign literature, this relation is known as Burg's recursive algorithm:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Ak - исходный временной ряд,where A k is the original time series,

μ - вычисляемый коэффициент,μ - calculated coefficient,

Vk - копия исходного временного ряда с обратным порядком следования элементов,V k - a copy of the original time series with the reverse order of the elements,

Ak+1 - исходный временной ряд, но с дополнительным элементом, содержащим значение коэффициента экстраполяции для k-го шага процедуры рекурсии.A k+1 is the original time series, but with an additional element containing the value of the extrapolation coefficient for the k-th step of the recursion procedure.

Коэффициент μ вычисляется при помощи автокорреляционных функций при условии минимизации суммы квадратов ошибки экстраполирования. Рекуррентная формула имеет вид:The coefficient μ is calculated using autocorrelation functions under the condition of minimizing the sum of squares of the extrapolation error. The recursive formula looks like:

Figure 00000006
Figure 00000006

где N - количество элементов исходно временного ряда,where N is the number of elements of the initial time series,

k - количество экстраполирующих элементов,k - number of extrapolating elements,

ƒk - последовательность из элементов исходного ряда для k-го экстраполирующего элемента,ƒ k - sequence of elements of the original series for the k-th extrapolating element,

bk - последовательность из элементов исходного ряда, но с обратным порядком следования элементов для k-го экстраполирующего элемента.b k - a sequence of elements of the original series, but with the reverse order of the elements for the k-th extrapolating element.

Прогнозируемое значение определяется по выражению:The predicted value is determined by the expression:

Figure 00000007
Figure 00000007

Рпрогноз - прогнозируемое значение;P forecast - predicted value;

m - количество последних элементов исходного временного ряда PN, согласно которым строится прогноз;m - the number of the last elements of the original time series P N , according to which the forecast is built;

ai - коэффициенты экстраполяции;a i - extrapolation coefficients;

PN - исходный временной ряд, содержащий N элементов.P N - initial time series containing N elements.

Результаты математического моделирования прогнозирующего алгоритма в среде MathCad при использовании встроенной функции predict(y, m, n) приведены на фиг. 2. Где у - вектор действительных значений, взятых через равные промежутки значений аргумента; m - количество последовательных значений вектора у, согласно которым строится прогноз; n - количество элементов векторы прогноза. В примере использованы следующие аргументы функции predict: у=200, m=50, n=100.The results of mathematical modeling of the predictive algorithm in the MathCad environment using the built-in predict(y, m, n) function are shown in Fig. 2. Where y is a vector of real values taken at equal intervals of argument values; m - the number of consecutive values of the vector y, according to which the forecast is built; n is the number of elements of the forecast vector. The example uses the following predict function arguments: y=200, m=50, n=100.

Для примера на фиг. 2 приведены 200 значений исходного временного ряда, вычисляемые по функции y(x)=exp(-x/100)*sin(x/10) (кривая 1). Прогнозируемые значения вычисляются после 100 значений исходного временного ряда (кривая 2). Для сравнения результатов прогноза со значениями исходного ряда, последний представлен для вторых ста значений в виде кривой 3.For the example in FIG. Figure 2 shows 200 values of the original time series calculated from the function y(x)=exp(-x/100)*sin(x/10) (curve 1). The predicted values are calculated after 100 values of the original time series (curve 2). To compare the forecast results with the values of the original series, the latter is presented for the second hundred values in the form of curve 3.

Анализ полученных результатов свидетельствует об эффективности прогнозирующего алгоритма при непосредственной близости к последним значениям исходного временного ряда. Применительно к заявляемому способу управления ФКУ рассматриваемый прогнозирующий алгоритм применим, так как для заявляемого способа управления достаточно иметь не более одного, двух прогнозируемых значений активной мощности на предстоящих периодах управления.The analysis of the results obtained indicates the effectiveness of the predictive algorithm with close proximity to the last values of the original time series. With regard to the proposed method of controlling the PKU, the predictive algorithm under consideration is applicable, since for the proposed control method it is sufficient to have no more than one or two predicted active power values for the upcoming control periods.

Устройство по способу управления фильтрокомпенсирующим устройством при нестационарных нелинейных нагрузках (фиг. 1) состоит из источника электроэнергии 1, нагрузки в виде нелинейного сопротивления 2, ФКУ 3. ФКУ получает сигналы от датчика напряжения сети 4, датчика тока линии 5, датчика тока нагрузки 6, датчика выходного тока ФКУ 7. В состав ФКУ входят однофазный мостовой инвертор 8, накопительный конденсатор 9, Г-образный фильтр, имеющий в своем составе дроссель 10 и конденсатор 11. Управление однофазным мостовым инвертором 8 производится с помощью цифрового контроллера 12 через широтно-импульсный модулятор 13. Входными сигналами контроллера являются данные от предикатора 14 и аналого-цифровых преобразователей 15, 16, 17, 18.The device according to the method of controlling the filter compensating device for non-stationary non-linear loads (Fig. 1) consists of an electric power source 1, a load in the form of a non-linear resistance 2, FKU 3. The FKU receives signals from the mains voltage sensor 4, the line current sensor 5, the load current sensor 6, FKU output current sensor 7. The FKU includes a single-phase bridge inverter 8, a storage capacitor 9, an L-shaped filter that includes a choke 10 and a capacitor 11. The single-phase bridge inverter 8 is controlled using a digital controller 12 through a pulse-width modulator 13. The input signals of the controller are data from the predictor 14 and analog-to-digital converters 15, 16, 17, 18.

Устройство по способу управления ФКУ при нестационарных нелинейных нагрузках работает следующим образом. При коммутации силовых ключей однофазного мостового инвертора 8 по сигналам системы управления должно выполняться подключение накопительного конденсатора 9 через Г-образный фильтр 10, 11, параллельно к нагрузке 2 таким образом, чтобы ток ФКУ, вводимый в сеть, был равен неактивной (пассивной) составляющей тока потребителя, вычисляемой по формуле (4) с противоположным знаком. Именно при этом условии будет обеспечиваться компенсация неактивной (пассивной) составляющей тока потребителя в составе тока сети.The device according to the control method FKU with non-stationary non-linear loads operates as follows. When switching the power switches of a single-phase bridge inverter 8 according to the signals of the control system, the storage capacitor 9 must be connected through the L-shaped filter 10, 11, in parallel to the load 2 so that the FKU current introduced into the network is equal to the inactive (passive) component of the current consumer, calculated by formula (4) with the opposite sign. It is under this condition that compensation will be provided for the inactive (passive) component of the consumer current as part of the network current.

Однофазный мостовой инвертор 8 управляется сигналами широтно-импульсного модулятора 13, который получает сигналы управления от цифрового контроллера 12. Входными сигналами цифрового контроллера 12 являются выходные сигналы от аналого-цифровых преобразователей 15, 16, 17, 18 и предикатора 14. Входы аналого-цифровых преобразователей подключены к выходам датчика напряжения сети 4, датчика тока линии 5, датчика тока нагрузки 6, датчика выходного тока ФКУ 7 соответственно. Работа всей системы управления устройством синхронизирована с сигналом напряжения сети.The single-phase bridge inverter 8 is controlled by the signals of the pulse-width modulator 13, which receives control signals from the digital controller 12. The input signals of the digital controller 12 are the output signals from the analog-to-digital converters 15, 16, 17, 18 and the predictor 14. The inputs of the analog-to-digital converters connected to the outputs of the mains voltage sensor 4, the line current sensor 5, the load current sensor 6, the FKU output current sensor 7, respectively. The operation of the entire control system of the device is synchronized with the mains voltage signal.

Предикатор 14 работает следующим образом. На протяжении заданного числа периодов напряжения питающей сети, предикатор запоминает значения активной мощности нестационарной нагрузки, вычисляемые цифровым контроллером 12 по формуле (2) в дискретном виде.The predictor 14 works as follows. During a given number of periods of the mains voltage, the predictor remembers the values of the active power of the non-stationary load, calculated by the digital controller 12 according to the formula (2) in a discrete form.

Затем производится вычисление прогнозируемого значения активной мощности нестационарной нагрузки по формуле (5). Полученное значение прогнозируемого значения возвращается цифровому управляющему контроллеру и используется в формировании закона управления выходным током ФКУ по формуле (4). Далее цикл работы предлагаемого устройства и его системы управления повторяется, но уже с обновленным значением активной мощности нестационарной нагрузки на последнем периоде наблюдения.Then the predicted value of the active power of the non-stationary load is calculated according to the formula (5). The obtained value of the predicted value is returned to the digital control controller and is used in the formation of the control law for the output current of the PKU according to the formula (4). Further, the cycle of operation of the proposed device and its control system is repeated, but with an updated value of the active power of the non-stationary load in the last observation period.

Система управления может быть выполнена на однокристальном микроконтроллере общего применения (например, ATMega168) или специализированном цифровом сигнальном процессоре (например, ADSP2104).The control system can be implemented on a general-purpose single-chip microcontroller (for example, ATMega168) or a specialized digital signal processor (for example, ADSP2104).

Применение предлагаемого способа ФКУ активного типа позволяет существенно повысить качество электрической энергии в распределенных на значительном пространстве электросетях с нелинейной нестационарной нагрузкой путем коррекции формы тока и, как следствие, напряжения электросети.The use of the proposed method of active-type PKU allows to significantly improve the quality of electrical energy in electrical networks distributed over a large area with a non-linear non-stationary load by correcting the current shape and, as a result, the voltage of the electrical network.

Сущность предлагаемого устройства состоит в том, что дополнительно введенный в состав системы управления блок прогнозирования активной мощности на предстоящем периоде напряжения питающей сети - предикатор - своими входами и выходами подключается к выходным и входным портам основного цифрового управляющего контроллера.The essence of the proposed device lies in the fact that the active power prediction block additionally introduced into the control system for the upcoming period of the supply voltage - the predictor - is connected with its inputs and outputs to the output and input ports of the main digital control controller.

Из приведенных выше исследований можно сделать вывод, что предлагаемое изобретение обладает в отношении известных разработок следующими преимуществами:From the above studies, we can conclude that the present invention has the following advantages in relation to known developments:

1. Наличие в способе управления устройством операции прогнозирования значения активной мощности нагрузки на предстоящем периоде напряжения питающей сети;1. The presence in the method of controlling the device of the operation of predicting the value of the active power of the load in the upcoming period of the supply voltage;

2. Применение в составе ФКУ дополнительного блока прогнозирования активной мощности, подключаемого к цифровому управляющему микроконтроллеру.2. The use of an additional block for predicting active power, connected to a digital control microcontroller, as part of the FCU.

3. Предлагаемый способ управления ФКУ является универсальным, так как сохраняет свою работоспособность не только для случаев нестационарных режимов нелинейных нагрузок, но и для случаев стационарных режимов линейных и нелинейных нагрузок.3. The proposed PKU control method is universal, as it retains its performance not only for cases of non-stationary modes of non-linear loads, but also for cases of stationary modes of linear and non-linear loads.

Claims (1)

Фильтрокомпенсирующее устройство для нестационарных нелинейных нагрузок, содержащее однофазный мостовой инвертор, имеющий в своем составе накопительный конденсатор, Г-образный фильтр, подключенный к выходу однофазного мостового инвертора, имеющий в своем составе дроссель и конденсатор, через которые происходит подключение устройства к электросети параллельно нагрузке, цифровой контроллер, входы которого подключаются к выходам аналого-цифровых преобразователей и ко входу широтно-импульсного модулятора, выход которого подключается ко входу однофазного мостового инвертора, аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключаются к выходам датчика напряжения сети, датчика тока линии, датчика тока нагрузки, датчика выходного тока ФКУ, вход датчика напряжения сети подключается к линейному и нулевому проводникам сети, вход датчика тока линии подключается в разрыв линейного проводника сети до точки подключения устройства, вход датчика тока нагрузки подключается в разрыв линейного проводника сети после точки подключения устройства, вход датчика выходного тока ФКУ подключается в разрыв выходного проводника ФКУ до точки подключения к линейному проводнику, отличающееся тем, что в состав системы управления устройством введен дополнительный блок прогнозирования активной мощности, который своими входами подключается к дополнительным выходным портам основного цифрового управляющего контроллера, а своими выходами соединяется с дополнительными входными портами основного цифрового управляющего контроллера.A filter-compensating device for non-stationary non-linear loads, containing a single-phase bridge inverter, which includes a storage capacitor, an L-shaped filter connected to the output of a single-phase bridge inverter, which includes a choke and a capacitor through which the device is connected to the mains in parallel with the load, digital controller, the inputs of which are connected to the outputs of analog-to-digital converters and to the input of a pulse-width modulator, the output of which is connected to the input of a single-phase bridge inverter, analog-to-digital converters, the inputs of which are connected to the outputs of the mains voltage sensor, line current sensor, load current sensor, FKU output current sensor, the input of the mains voltage sensor is connected to the line and neutral conductors of the network, the input of the line current sensor is connected to the break of the linear conductor of the network to the point of connection of the device, the input of the load current sensor is connected to the break of the linear conductor and the network after the point of connection of the device, the input of the output current sensor of the FKU is connected to the break of the output conductor of the FKU to the point of connection to the linear conductor, which differs in that an additional block for predicting active power has been introduced into the device control system, which, with its inputs, is connected to additional output ports of the main digital control controller, and connects with its outputs to additional input ports of the main digital control controller.
RU2021107280A 2021-03-18 Method for controlling a filter compensating apparatus under non-steady non-linear loads and apparatus for implementation thereof RU2776423C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776423C1 true RU2776423C1 (en) 2022-07-19

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995005697A1 (en) * 1993-08-13 1995-02-23 Peter Nygren Device for compensation of reactive power in electrical systems
RU2183897C1 (en) * 2000-11-02 2002-06-20 Агунов Александр Викторович Process of generation of compensation current to supply line
RU2408122C1 (en) * 2009-08-17 2010-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) Method of power grid conditioner control
RU2670961C9 (en) * 2015-02-10 2018-11-21 Денис Валерьевич Бортник Single-phase active filter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995005697A1 (en) * 1993-08-13 1995-02-23 Peter Nygren Device for compensation of reactive power in electrical systems
RU2183897C1 (en) * 2000-11-02 2002-06-20 Агунов Александр Викторович Process of generation of compensation current to supply line
RU2408122C1 (en) * 2009-08-17 2010-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) Method of power grid conditioner control
RU2670961C9 (en) * 2015-02-10 2018-11-21 Денис Валерьевич Бортник Single-phase active filter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104716853B (en) The AC/DC converters controlled with clamping voltage boosting and decompression mode and DC output harmonic waves
Bhowmik et al. Sensorless current control for active rectifiers
CN109787491A (en) Three-phase Vienna rectifier based on Virtual shipyard predicts direct Power Control method
CN101120503A (en) Converter control apparatus
Lehn et al. Discrete time modeling and control of the voltage source converter for improved disturbance rejection
RU2776423C1 (en) Method for controlling a filter compensating apparatus under non-steady non-linear loads and apparatus for implementation thereof
CN106842958B (en) A kind of distributed model predictive control method of back-to-back converter
Innocent et al. Finite control set-model predictive control for power converters multilevel symmetric cascaded H-bridge inverters-fed drive
Wei et al. A compensation method for dual-bridge matrix converters operating under distorted source voltages
Chattopadhyay et al. A voltage-sensorless control method to balance the input currents of a three-wire boost rectifier under unbalanced input voltages condition
Naderi et al. Multi-objective model predictive control for microgrid applications
CN105322818A (en) Control method of three-phase PWM (pulse width modulation) rectification based on novel model prediction control
CN114784819A (en) Control method, system and device of parallel converter and controller
JP2001157441A (en) Power conversion apparatus
Khan et al. State-space based current-sensorless finite control set-modulated model predictive control for a 5l-flying capacitor multilevel converter
KR101567714B1 (en) Power Factor Measurement Device using Zero-Phase Low-Pass Filter and Method Thereof
Chai et al. Dual-model predictive control for cascaded h-bridge multilevel active rectifier with dc voltage balancing in a solid-state transformer
CN110855166A (en) PWM rectifier dead-beat current prediction control method
Ndjana et al. Auxiliary voltage sag ride-through system for adjustable-speed drives
Jamil et al. DSP based hardware implementation of repetitive current controller for interleaved grid connected inverter
RU140032U1 (en) DEVICE FOR MEASURING REACTIVE POWER OF A THREE-PHASE AC NETWORK
Bakeer et al. Simple cost function and low calculations MPC algorithm for qZSI
Jalla et al. Real time state estimation of multi-converter more electric ship power systems using the generalized state space averaging method
CN110365228B (en) Single-phase PWM rectifier control method based on observer
Jung et al. Real-Time Estimation of the Boost Inductance for traction PWM converters