RU2793449C1

RU2793449C1 - Higher harmonic suppression and power factor correction device

Info

Publication number: RU2793449C1
Application number: RU2022131761A
Authority: RU
Inventors: Юрий Анатольевич Сычев; Максим Евгеньевич Аладьин
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2023-04-04

Abstract

FIELD: electrical engineering; electric power industry.

SUBSTANCE: invention is related specifically to devices for compensating higher harmonics in electrical networks and power factor correction. The device can be used in power supply systems of industrial enterprises with a large number of non-linear loads that generate current and voltage harmonics. The research results show that the variation of the structure and parameters of the passive filter at the output of the active part in the form of an inverter can significantly expand the functionality of the filter-compensating device in terms of the set of corrected power quality indicators. This property is of particular relevance in conditions of combined power supply systems based on centralized and autonomous sources, where the level of power quality is constantly changing, which requires a filter compensating device with a flexible structure.

EFFECT: elimination of higher harmonics of the current and correction of the reactive components of the current of the non-linear load.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам компенсации высших гармоник в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности. Устройство может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий с большим количеством нелинейной нагрузки, генерирующей гармоники тока и напряжения.The invention relates to electrical engineering and electric power industry, namely to devices for compensating higher harmonics in electrical networks and power factor correction. The device can be used in power supply systems of industrial enterprises with a large number of non-linear loads that generate current and voltage harmonics.

Известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети (патент RU № 2512886, опубл. 10.04.2014), содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом контроллер системы управления снабжен датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора.A device for compensating higher harmonics and correcting the power factor of the network is known (patent RU No. 2512886, publ. 04/10/2014), containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, while the control system controller is equipped with a network current sensor, a voltage sensor , a pulse shaper based on relay controllers with a variable hysteresis width, phase current and voltage converters, a phase synchronization unit, a storage capacitor voltage regulator.

Недостатком устройства является применение большого числа фазовых преобразований, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременного режима изменения гармонических искажений, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations, which complicates the circuit and leads to insufficient performance in the conditions of a sharply variable mode of harmonic distortion, and also does not allow to implement the function of correcting higher harmonics of the voltage from the network and the power factor for the main component.

Известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента несимметрии сети (патент RU № 2573599, опубл. 20.01.2016), содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, причем контроллер системы управления снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора. Контроллер системы управления снабжен блоком выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности и блоком фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, при этом вход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с выходом датчика тока сети, а выход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с входом блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, который также соединен с выходом блока фазовой синхронизации, при этом выход блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока соединен с входом формирователя импульсов.A device for compensating higher harmonics and correcting the network asymmetry coefficient is known (patent RU No. 2573599, publ. 01/20/2016), containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, and the control system controller is equipped with a filter current sensor, a network current sensor , a voltage sensor, a pulse shaper based on relay controllers with a variable hysteresis width, phase current and voltage converters, a phase synchronization unit, a storage capacitor voltage regulator. The control system controller is equipped with a block for detecting negative and zero sequence current components and a block for phase correction of asymmetric current components, while the input of the block for detecting negative and zero sequence current components is connected to the output of the network current sensor, and the output of the block for detecting negative and zero sequence current components is connected to by the input of the block for phase correction of asymmetric current components, which is also connected to the output of the phase synchronization block, while the output of the block for phase correction of asymmetric current components is connected to the input of the pulse shaper.

Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления устройством компенсации, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременного режима изменения высших гармонических составляющих, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of the compensation device, which complicates the circuit and leads to insufficient speed in the conditions of a sharply variable mode of change in higher harmonic components, and also does not allow to implement the function of correcting higher voltage harmonics from the network and power factor by the main harmonic component.

Известно устройство гибридной компенсации высших гармоник (патент RU № 176107, опубл. 09.01.2018 г.), содержащее инвертор, неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты, накопительный конденсатор преобразователя частоты, инвертор устройства компенсации, датчик переменного тока преобразователя частоты, блок вычитания, причем вход неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, зажимы «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключены соответственно через первую и вторую обкладки накопительного конденсатора преобразователя частоты к зажимам «+» и «-» инвертора преобразователя частоты, зажимы «+» и «-» инвертора устройства компенсации подключены соответственно к зажимам «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты. Выход датчика тока сети соединен с входом блока преобразования Фурье, выход которого соединен с первым входом блока выделения основной гармоники, а второй вход которого соединен с выходом задатчика основной гармоники, выход блока выделения основной гармоники соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу датчика переменного тока преобразователя, выход блока вычитания соединен с входом блока смещения, выход которого соединен с входом блока широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен с инвертором устройства компенсации.
Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления гибридным устройством компенсации высших гармоник, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной гармонической составляющей.A device for hybrid compensation of higher harmonics is known (patent RU No. 176107, publ. 01/09/2018), containing an inverter, an uncontrolled rectifier of the frequency converter, a storage capacitor of the frequency converter, an inverter of the compensation device, an alternating current sensor of the frequency converter, a subtraction unit, and the input of the uncontrolled of the frequency converter rectifier is connected through the frequency converter AC sensor to the mains, the "+" and "-" terminals of the uncontrolled frequency converter rectifier are connected respectively through the first and second plates of the storage capacitor of the frequency converter to the "+" and "-" terminals of the frequency converter inverter, clamps "+" and "-" of the inverter of the compensation device are connected respectively to the terminals "+" and "-" of the uncontrolled rectifier of the frequency converter. The output of the network current sensor is connected to the input of the Fourier transform block, the output of which is connected to the first input of the fundamental harmonic extraction unit, and the second input of which is connected to the output of the fundamental harmonic generator, the output of the fundamental harmonic extraction unit is connected to the first input of the subtractor, the second input of which is connected to output of the AC sensor of the converter, the output of the subtractor is connected to the input of the displacement unit, the output of which is connected to the input of the pulse-width modulation unit, the output of which is connected to the inverter of the compensation device.
The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of a hybrid device for compensating higher harmonics, which complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of a sharply variable non-linear load, and also does not allow to implement the function of correcting higher harmonics of the voltage from the network and the power factor by the main harmonic component.

Известно устройство гибридной компенсации высших гармоник (патент RU № 185875, опубл. 21.12.2018 г.), содержащее инвертор, неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты, накопительный конденсатор преобразователя частоты, инвертор устройства компенсации, сглаживающие дроссели, выходной пассивный фильтр, датчик переменного тока преобразователя частоты, датчик переменного тока сети, блок вычитания.A device for hybrid compensation of higher harmonics is known (patent RU No. 185875, publ. 12/21/2018), containing an inverter, an uncontrolled rectifier of the frequency converter, a storage capacitor of the frequency converter, an inverter of the compensation device, smoothing chokes, an output passive filter, an AC sensor of the frequency converter , AC network sensor, subtraction unit.

Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления гибридным устройством компенсации высших гармоник, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of a hybrid device for compensating higher harmonics, which complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of a sharply variable non-linear load, and also does not allow to implement the function of correcting higher harmonics of the voltage from the network and the power factor by the main harmonic component.

Известно устройство подавления высших гармоник тока (патент RU № 184273, опубл. 22.10.2018 г.) содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом сетевой дроссель входом подключен к выходным цепям выходного пассивного фильтра, а выходом - к сети питающего напряжения, фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети входами подключен к выходам датчика напряжения сети, с его выхода первая гармоническая составляющая сети питающего напряжения подается на вход формирователя импульсов управления транзисторами инвертора; первая гармоническая составляющая выходного напряжения инвертора, выделенная пассивным фильтром, посредством датчика выходного напряжения инвертора передается на вход формирователя импульсов управления транзисторами инвертора.A device for suppressing higher current harmonics is known (patent RU No. 184273, publ. 10/22/2018) containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, while the mains choke is connected by the input to the output circuits of the output passive filter, and the output - to the supply voltage network, the filter for separating the first harmonic component of the supply voltage is connected by inputs to the outputs of the network voltage sensor, from its output the first harmonic component of the supply voltage network is fed to the input of the inverter transistor control pulse shaper; the first harmonic component of the inverter output voltage, isolated by the passive filter, is transmitted by means of the inverter output voltage sensor to the input of the inverter transistor control pulse shaper.

Недостатком устройства является применение большого числа фазовых преобразований, что значительно усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по первой гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations, which greatly complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of a sharply variable non-linear load, and also does not allow to implement the function of correcting higher harmonics of the voltage from the network and the power factor by the first harmonic component.

Известно устройство подавления высших гармоник тока (патент RU № 198721, опубл. 23.07.2020 г.), принятое за прототип, содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, при этом сетевой дроссель входом подключен к выходным цепям выходного пассивного фильтра, а выходом - к сети питающего напряжения, фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети входами подключен к выходам датчика напряжения сети, первая гармоническая составляющая выходного напряжения инвертора, выделенная пассивным фильтром, посредством датчика выходного напряжения инвертора передается на вход формирователя импульсов управления транзисторами инвертора, дополнительно к сети подключается датчик тока нелинейной нагрузки, выход которого соединен с входом фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети, выход которого соединен с блоком выбора режима работы устройства, выход которого подключен к входу формирователя импульсов и входу блока регулирования индуктивности сетевого дросселя, выход которого соединен с сетевым дросселем. A device for suppressing higher current harmonics is known (patent RU No. 198721, publ. 07/23/2020), adopted as a prototype, containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, while the mains choke is connected to the output circuits of the output passive filter, and the output - to the supply voltage network, the filter for separating the first harmonic component of the supply voltage is connected by inputs to the outputs of the mains voltage sensor, the first harmonic component of the inverter output voltage, isolated by the passive filter, is transmitted by means of the inverter output voltage sensor to the input of the transistor control pulse shaper inverter, in addition to the network, a non-linear load current sensor is connected, the output of which is connected to the input of the filter for separating the first harmonic component of the mains voltage, the output of which is connected to the unit for selecting the operating mode of the device, the output of which is connected to the input of the pulse shaper and the input of the unit for regulating the inductance of the mains choke, the output of which is connected to the mains choke.

Недостатком устройства является наличие потерь напряжения на сетевом дросселе, а также значительная погрешность при формировании компенсационного тока за счет отсутствия сравнения заданного компенсационного тока с фактическим током на выходе инвертора.The disadvantage of the device is the presence of voltage losses on the line choke, as well as a significant error in the formation of the compensation current due to the lack of comparison of the specified compensation current with the actual current at the output of the inverter.

Техническим результатом является устранение высших гармоник тока и коррекции реактивных составляющих тока нелинейной нагрузки.The technical result is the elimination of higher harmonics of the current and the correction of the reactive components of the current of the non-linear load.

Технический результат достигается тем, что дополнительно к входам входных выключателей выходного пассивного фильтра, выключателей резисторов, выключателей индуктивностей, выключателей емкостей, подключены выходы блока изменения конфигурации выходного пассивного фильтра, к входам которого подключены выходы датчика напряжения сети, датчика тока нелинейной нагрузки, блока выбора режима работы устройства, датчика тока сети, который входом соединен с сетью, а выходом с фильтром выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети, выходы входных выключателей соединены с входами резисторов, выходы которых соединены с входами индуктивностей, выходы которых соединены с входами емкостей, выходы которых соединены с заземлителями, входы резисторов соединены с входами выключателей резисторов, выходы резисторов соединены с выходами выключателей резисторов, входы индуктивностей соединены с входами выключателей индуктивностей, выходы индуктивностей соединены с выходами выключателей индуктивностей, входы емкостей соединены с входами выключателей емкостей, выходы емкостей соединены с выходами выключателей емкостей, входы входных выключателей соединены с выходами инвертора и входами сетевого дросселя. The technical result is achieved by the fact that in addition to the inputs of the input switches of the output passive filter, switches of resistors, switches of inductances, switches of capacitances, the outputs of the block for changing the configuration of the output passive filter are connected, to the inputs of which the outputs of the network voltage sensor, the non-linear load current sensor, the mode selection block are connected operation of the device, the mains current sensor, which is connected to the mains by its input, and the output with a filter for separating the first harmonic component of the mains voltage, the outputs of the input switches are connected to the inputs of resistors, the outputs of which are connected to the inputs of inductances, the outputs of which are connected to the inputs of capacitances, the outputs of which are connected with grounding switches, the inputs of the resistors are connected to the inputs of the switches of the resistors, the outputs of the resistors are connected to the outputs of the switches of the resistors, the inputs of the inductances are connected to the inputs of the switches of the inductances, the outputs of the inductances are connected to the outputs of the switches of the inductances, the inputs of the capacitances are connected to the inputs of the switches of the capacitances, the outputs of the capacitances are connected to the outputs of the capacitance switches , the inputs of the input switches are connected to the outputs of the inverter and the inputs of the line choke.

Устройство подавления высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети поясняется следующей фигурой:The harmonic suppression and network power factor correction device is illustrated by the following figure:

фиг. 1 – общая схема устройства,fig. 1 - general scheme of the device,

фиг. 2 – схема выходного пассивного фильтра, fig. 2 - scheme of the output passive filter,

фиг. 3 – алгоритм функционирования блока выбора режима работы устройства, где:fig. 3 - the algorithm of the functioning of the block for selecting the operating mode of the device, where:

1 – нелинейная нагрузка; 1 - non-linear load;

2 – инвертор; 2 - inverter;

3 – накопительный конденсатор; 3 - storage capacitor;

4 – выходной пассивный фильтр; 4 – output passive filter;

5 – сетевой дроссель; 5 - network choke;

6 – контроллер системы управления; 6 – control system controller;

7 – датчик напряжения сети; 7 – mains voltage sensor;

8 – фильтр выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети; 8 – filter for selection of the first harmonic component of the mains voltage;

9 – датчик выходного напряжения инвертора; 9 – inverter output voltage sensor;

10 – формирователь импульсов; 10 – pulse shaper;

11 – регулятор напряжения накопительного конденсатора;11 - storage capacitor voltage regulator;

12 – датчик тока нелинейной нагрузки;12 – non-linear load current sensor;

13 – блок выбора режима работы устройства;13 - block for selecting the operating mode of the device;

14 – блок регулирования индуктивности сетевого дросселя;14 - block for regulating the inductance of the line choke;

15 – датчик тока сети;15 – network current sensor;

16 – блок изменения конфигурации выходного пассивного фильтра;16 - block for changing the configuration of the output passive filter;

17 – питающая сеть.17 - supply network.

18 – входные выключатели;18 - input switches;

19 – резисторы в составе выходного фильтра;19 - resistors as part of the output filter;

20 – индуктивности в составе выходного фильтра;20 - inductance as part of the output filter;

21 – емкости в составе выходного фильтра;21 - tanks as part of the output filter;

22 – заземлитель;22 - ground electrode;

23 – выключатели резисторов;23 - resistor switches;

24 – выключатели индуктивностей;24 - inductance switches;

25 – выключатели емкостей.25 - containers switches.

К питающей сети 17 подключены входы датчика напряжения сети 7 и датчика тока сети 15. К нелинейной нагрузке 1 подключены входы датчика тока нелинейной нагрузки 12. Выходы датчика напряжения сети 7, датчика тока сети 15 и датчика тока нелинейной нагрузки 12 подключены к входу фильтра выделения первой гармонической составляющей напряжения питающей сети 8, выход которого соединен с входом блока выбора режима работы устройства 13, выход которого соединен с входом формирователя импульсов 10, выход которого подключен к входу инвертора 2. Выходы регулятора напряжения накопительного конденсатора 11 соединены с входом формирователя импульсов 10 и входом накопительного конденсатора 3, выход которого соединен с входом инвертора 2, выход которого подключен к входам входных выключателей 18 выходного пассивного фильтра 4, выходы которых соединены с входами резисторов 19, выходы которых соединены с входами индуктивностей 20, выходы которых соединены с входами емкостей 21, выходы которых соединены с заземлителями 22. С входами резисторов 19 соединены входы выключателей 23, с выходами резисторов 19 соединены выходы выключателей 23, с входами индуктивностей 20 соединены входы выключателей 24, с выходами индуктивностей 20 соединены выходы выключателей 24, с входами емкостей 21 соединены входы выключателей 25, с выходами емкостей 21 соединены выходы выключателей 25. Входы выключателей 18 соединены с входами сетевого дросселя 5, выход которого подключен к питающей сети 17 и нелинейной нагрузке 1. К входам входных выключателей 18, выключателей резисторов 23, выключателей индуктивностей 24, выключателей емкостей 25 подключены выходы блока изменения конфигурации выходного пассивного фильтра 16, к входам которого подключены выходы датчика напряжения сети 7, датчика тока нелинейной нагрузки 12, датчика тока сети 15, блока выбора режима работы устройства 13. К входу формирователя импульсов 10 подключен выход датчика выходного напряжения инвертора 9, входы которого соединены с входом сетевого дросселя 5. Выход блока выбора режима работы устройства 13 соединен с входом блока регулирования индуктивности сетевого дросселя 14, выход которого подключен к входу сетевого дросселя 5. The inputs of the mains voltage sensor 7 and the mains current sensor 15 are connected to the mains supply 17. The inputs of the non-linear load current sensor 12 are connected to the non-linear load 1. The outputs of the mains voltage sensor 7, the mains current sensor 15 and the non-linear load current sensor 12 are connected to the input of the filter for selecting the first the harmonic component of the mains voltage 8, the output of which is connected to the input of the block for selecting the operating mode of the device 13, the output of which is connected to the input of the pulse shaper 10, the output of which is connected to the input of the inverter 2. The outputs of the voltage regulator of the storage capacitor 11 are connected to the input of the pulse shaper 10 and the input storage capacitor 3, the output of which is connected to the input of the inverter 2, the output of which is connected to the inputs of the input switches 18 of the output passive filter 4, the outputs of which are connected to the inputs of resistors 19, the outputs of which are connected to the inputs of inductances 20, the outputs of which are connected to the inputs of capacitances 21, the outputs which are connected to the ground electrodes 22. The inputs of the switches 23 are connected to the inputs of the resistors 19, the outputs of the switches 23 are connected to the outputs of the resistors 19, the inputs of the switches 24 are connected to the inputs of the inductances 20, the outputs of the switches 24 are connected to the outputs of the inductances 20, the inputs of the switches 25 are connected to the inputs of the capacitances 21 , the outputs of the capacitances 21 are connected to the outputs of the switches 25. The inputs of the switches 18 are connected to the inputs of the mains choke 5, the output of which is connected to the supply network 17 and the non-linear load 1. outputs of the block for changing the configuration of the output passive filter 16, to the inputs of which the outputs of the mains voltage sensor 7, the non-linear load current sensor 12, the mains current sensor 15, the unit for selecting the operating mode of the device 13 are connected. The output of the inverter output voltage sensor 9 is connected to the input of the pulse shaper 10, the inputs of which are connected to the input of the mains choke 5. The output of the unit for selecting the operating mode of the device 13 is connected to the input of the inductance control unit of the mains choke 14, the output of which is connected to the input of the mains choke 5.

Устройство работает следующим образом. Датчик напряжения сети 7, датчик тока нелинейной нагрузки 12, и датчик тока сети 15 собирают измерительную информацию о параметрах несинусоидального режима, создаваемого питающей сетью и подключенной нелинейной нагрузкой, включая суммарные коэффициенты гармонических составляющих тока и напряжения, а также коэффициенты отдельных гармонических составляющих тока и напряжения. Данная измерительная информация необходима для определения источника возникновения несинусоидального режима и выбора режима работы предлагаемого устройства. The device works as follows. Mains voltage sensor 7, non-linear load current sensor 12, and network current sensor 15 collect measurement information about the parameters of the non-sinusoidal mode created by the supply network and the connected non-linear load, including the total coefficients of the harmonic components of current and voltage, as well as the coefficients of individual harmonic components of current and voltage . This measurement information is necessary to determine the source of the non-sinusoidal mode and to select the mode of operation of the proposed device.

На основании полученной информации фильтр выделения первой гармоники напряжения сети 8 формирует задания по напряжению первой гармоники сети, а также по основной составляющей тока, потребляемого нелинейной нагрузкой, что позволяет расширить функциональные возможности предлагаемого устройства путем введения в его состав минимального количества новых блоков. Based on the information received, the filter for selecting the first harmonic of the network voltage 8 generates tasks for the voltage of the first harmonic of the network, as well as for the main component of the current consumed by the non-linear load, which allows expanding the functionality of the proposed device by introducing a minimum number of new blocks into its composition.

Выделение первой гармоники напряжения сети фильтром 8 осуществляется аналогично прототипу, но с учетом данных об основной составляющей тока со стороны нелинейной нагрузки 1. При этом выделение основной составляющей тока, потребляемого нелинейной нагрузкой 1, может быть реализовано по известному принципу определения ортогональных составляющих тока и напряжения или иным известным методам, включая фазовые преобразования и теорию мгновенной мощности. The selection of the first harmonic of the mains voltage by the filter 8 is carried out similarly to the prototype, but taking into account the data on the main component of the current from the side of the non-linear load 1. In this case, the selection of the main component of the current consumed by the non-linear load 1 can be implemented according to the well-known principle of determining the orthogonal components of current and voltage, or other well-known methods, including phase transformations and the theory of instantaneous power.

Блок 13 позволяет в рамках предлагаемого устройства выбрать режим компенсации гармонических искажений, включая компенсацию только высших гармоник тока со стороны нелинейной нагрузки, компенсацию только высших гармоник напряжения со стороны питающей сети, коррекцию коэффициента мощности сети, как по основной составляющей, так и с учетом высших гармоник, компенсировать провалы и отклонения напряжения, несимметрию токов и напряжений. Block 13 allows, within the framework of the proposed device, to select the harmonic distortion compensation mode, including compensation of only higher harmonics of the current from the side of the non-linear load, compensation of only higher harmonics of the voltage from the mains side, correction of the power factor of the network, both in terms of the fundamental component and taking into account higher harmonics , compensate for dips and deviations of voltage, asymmetry of currents and voltages.

Помимо регулирования параметров сетевого дросселя 5 блоком 14 функциональность предлагаемого устройства расширяется за счет изменения конфигурации выходного пассивного фильтра 4 посредством блока 16, который задает конфигурацию выходного пассивного фильтра 4 на основании информации от блока 13. In addition to regulating the parameters of the mains choke 5 by block 14, the functionality of the proposed device is expanded by changing the configuration of the output passive filter 4 by means of block 16, which sets the configuration of the output passive filter 4 based on information from block 13.

Блок 13 позволяет выбрать следующие режимы работы заявляемого устройства, нумерация режимов принимается исходя из их приоритетности:Block 13 allows you to select the following modes of operation of the proposed device, the numbering of modes is taken based on their priority:

- первый режим: компенсация высших гармоник тока и несимметрии тока со стороны нелинейной нагрузки 1;- first mode: compensation of higher current harmonics and current unbalance from the side of non-linear load 1;

- второй режим: компенсация высших гармоник напряжения и несимметрии напряжения со стороны питающей сети 17;- second mode: compensation of higher voltage harmonics and voltage unbalance from the supply network 17;

- третий режим: компенсация отклонений напряжения в точке подключения устройства;- third mode: compensation of voltage deviations at the point of connection of the device;

- четвертый режим: коррекция коэффициента мощности сети по основной гармонике. - the fourth mode: correction of the power factor of the network by the fundamental harmonic.

Перевод предлагаемого устройства в первый, второй и третий режимы предусматривается в случае превышения суммарных коэффициентов гармонических составляющих тока и напряжения, соответствующих коэффициентов несимметрии и величины отклонения напряжения норм отечественных и международных стандартов. The transfer of the proposed device to the first, second and third modes is provided in case of exceeding the total coefficients of the harmonic components of the current and voltage, the corresponding asymmetry coefficients and the magnitude of the voltage deviation of the norms of domestic and international standards.

Перевод предлагаемого устройства в первый, второй и третий режимы осуществляется согласно следующим условиям. Translation of the proposed device in the first, second and third modes is carried out according to the following conditions.

Первое условие: если по результатам измерения показателей качества электроэнергии выявлено, что суммарный коэффициент гармонических составляющих тока на зажимах нелинейной нагрузки превышает по величине суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения со стороны сети, это свидетельствует о том, что более весомый вклад в несинусоидальность вносит нелинейная нагрузка и предлагаемое устройство переводится в первый режим. В таком режиме предлагаемое устройство функционирует как параллельный активный фильтр тока. Аналогичный перевод предлагаемого устройства в первый режим осуществляется при превышении коэффициентов несимметрии по обратной и нулевой последовательности тока нелинейной нагрузки коэффициентов несимметрии по обратной и нулевой последовательности напряжения со стороны сети. Указанный режим наиболее распространенный в промышленных системах электроснабжения без автономных источников, когда сопротивление питающей энергосистемы бесконечно мало. The first condition: if, according to the results of measuring the power quality indicators, it is revealed that the total coefficient of the harmonic components of the current at the terminals of the non-linear load exceeds in value the total coefficient of the harmonic components of the voltage from the network, this indicates that a more significant contribution to the non-sinusoidality is made by the non-linear load and the proposed the device is switched to the first mode. In this mode, the proposed device functions as a parallel active current filter. A similar transfer of the proposed device to the first mode is carried out when the asymmetry coefficients for the negative and zero sequence of the current of the non-linear load exceed the asymmetry coefficients for the negative and zero sequence voltage from the network side. This mode is the most common in industrial power supply systems without autonomous sources, when the resistance of the power supply system is infinitely small.

Второе условие: если по результатам измерения показателей качества электроэнергии выявлено, что суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения со стороны сети превышает по величине суммарный коэффициент гармонических составляющих на зажимах нелинейной нагрузки, это свидетельствует о том, что более весомый вклад в несинусоидальность вносит источник и предлагаемое устройство переводится во второй режим. В таком режиме предлагаемое устройство функционирует как последовательный активный фильтр напряжения. Данное условие выполняется в случае автономных энергосистем распределенной генерации с большой величиной внутреннего сопротивления, когда искажения по напряжению существенно превышают аналогичные по току. Таким образом, устройство необходимо переводить во второй режим в условиях распределенной генерации. Аналогичный перевод предлагаемого устройства во второй режим осуществляется при превышении коэффициентов несимметрии по обратной и нулевой последовательности напряжения со стороны сети коэффициентов несимметрии по обратной и нулевой последовательности тока нелинейной нагрузки. The second condition: if, according to the results of measuring the power quality indicators, it is revealed that the total harmonic component of the voltage from the network exceeds the total harmonic component at the terminals of the non-linear load, this indicates that the source makes a more significant contribution to the non-sinusoidality and the proposed device is transferred to the second mode. In this mode, the proposed device functions as a series active voltage filter. This condition is met in the case of autonomous power systems of distributed generation with a large value of internal resistance, when voltage distortions significantly exceed those in current. Thus, the device must be transferred to the second mode under conditions of distributed generation. A similar transfer of the proposed device to the second mode is carried out when the asymmetry coefficients for the negative and zero sequence voltage from the network side of the asymmetry coefficients for the negative and zero sequence of the non-linear load current are exceeded.

Третье условие: если уровень высших гармоник напряжения сети и тока нелинейной нагрузки находится в допустимых пределах, а отклонение напряжения на зажимах нелинейной нагрузки превышает установленные нормы, устройство переводится в третий режим. Данный режим наиболее предпочтителен при наличии мощной резкопеременной нелинейной нагрузки, когда отклонения напряжения могут превышать допустимые пределы. Third condition: if the level of higher harmonics of the mains voltage and non-linear load current is within acceptable limits, and the voltage deviation at the non-linear load terminals exceeds the established limits, the device is switched to the third mode. This mode is most preferable in the presence of a powerful abruptly variable non-linear load, when voltage deviations can exceed the allowable limits.

Если ни какое из указанных выше условий не выполняется, устройство по умолчанию работает в четвертом режиме, компенсируя реактивную мощность нагрузки по основной составляющей. If none of the above conditions is met, the device defaults to the fourth mode, compensating the reactive power of the load from the main component.

В рамках предлагаемого устройства предусматриваются следующие основные конфигурации выходного пассивного фильтра 4: активно-емкостной RC фильтр, активно-индуктивный RL фильтр, активно-индуктивно-емкостной RLC фильтр, индуктивный L фильтр. Within the framework of the proposed device, the following main configurations of the output passive filter 4 are provided: active-capacitive RC filter, active-inductive RL filter, active-inductive-capacitive RLC filter, inductive L filter.

В начале работы все выключатели 18, 23, 24, 25 находятся в разомкнутом состоянии. At the start of operation, all switches 18, 23, 24, 25 are in the open state.

При переводе устройства в первый режим от блока 13 подается команда на блок изменения конфигурации выходного пассивного фильтра 16, который дает команду на замыкание выключателей 18 и 25, тем самым обеспечивается конфигурация в виде активно-индуктивного RL фильтра. When the device is switched to the first mode, block 13 sends a command to the block for changing the configuration of the output passive filter 16, which gives the command to close the switches 18 and 25, thereby providing a configuration in the form of an active-inductive RL filter.

При переводе устройства во второй режим от блока 13 подается команда на блок изменения конфигурации выходного пассивного фильтра 16, который дает команду на замыкание выключателей 18 и 24, тем самым обеспечивается конфигурация в виде активно-емкостного RС фильтра. When the device is switched to the second mode, block 13 sends a command to the block for changing the configuration of the output passive filter 16, which gives the command to close switches 18 and 24, thereby providing a configuration in the form of an active-capacitive RC filter.

При переводе устройства в третий режим от блока 13 подается команда на блок изменения конфигурации выходного пассивного фильтра 16, который дает команду на замыкание выключателей 18, 23, 24, 25, тем самым обеспечивается конфигурация в виде активно-индуктивно-емкостного RLC фильтра. When the device is switched to the third mode, block 13 sends a command to the block for changing the configuration of the output passive filter 16, which gives the command to close the switches 18, 23, 24, 25, thereby providing a configuration in the form of an active-inductive-capacitive RLC filter.

При переводе устройства в четвертый режим от блока 13 подается команда на блок изменения конфигурации выходного пассивного фильтра 16, который дает команду на замыкание выключателей 18, 23 и 25, тем самым обеспечивается конфигурация в виде индуктивного L фильтра. When the device is switched to the fourth mode, block 13 sends a command to the block for changing the configuration of the output passive filter 16, which gives the command to close the switches 18, 23 and 25, thereby providing a configuration in the form of an inductive L filter.

Результаты исследований, проведенных авторами, показывают, что вариация структуры и параметров пассивного фильтра на выходе активной части в виде инвертора позволяет существенно расширить функциональные возможности фильтрокомпенсирующего устройства в части совокупности корректируемых показателей качества электроэнергии. Данное свойство приобретает особую актуальность в условиях комбинированных систем электроснабжения на базе централизованных и автономных источников, где уровень качества электроэнергии непрерывно меняется, что требует наличия фильтрокомпенсирующего устройства с гибкой структурой.The results of the research conducted by the authors show that the variation of the structure and parameters of the passive filter at the output of the active part in the form of an inverter can significantly expand the functionality of the filter compensating device in terms of the set of corrected power quality indicators. This property is of particular relevance in conditions of combined power supply systems based on centralized and autonomous sources, where the level of power quality is constantly changing, which requires a filter compensating device with a flexible structure.

Claims

A device for suppressing higher harmonics and correcting the power factor of the network, containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a controller of the control system, while the mains choke is connected to the output circuits of the output passive filter by the input, and by the output to the supply voltage network, the filter for selecting the first harmonic mains voltage component is connected by inputs to the outputs of the mains voltage sensor, the first harmonic component of the inverter output voltage, separated by a passive filter, is transmitted by means of the inverter output voltage sensor to the input of the inverter transistor control pulse shaper, the non-linear load current sensor, the output of which is connected to the input of the filter for selecting the first the harmonic component of the mains voltage, the output of which is connected to the unit for selecting the operating mode of the device, the output of which is connected to the input of the pulse shaper and the input of the inductance control unit of the mains choke, the output of which is connected to the mains choke, characterized in that, in addition to the input switches of the output passive filter , resistor switches, inductance switches, capacitance switches, the outputs of the block for changing the configuration of the output passive filter are connected, to the inputs of which the outputs of the mains voltage sensor, the non-linear load current sensor, the unit for selecting the device operation mode, the network current sensor are connected, and an output with a filter for separating the first harmonic component of the mains voltage, the outputs of the input switches are connected to the inputs of resistors, the outputs of which are connected to the inputs of inductances, the outputs of which are connected to the inputs of capacities, the outputs of which are connected to grounding conductors, the inputs of the resistors are connected to the inputs of resistor switches, the outputs of resistors are connected with resistor switch outputs, inductance inputs are connected to inductance switch inputs, inductance outputs are connected to inductance switch outputs, capacitance inputs are connected to capacitance switch inputs, capacitance outputs are connected to capacitance switch outputs, input switches inputs are connected to inverter outputs and mains choke inputs.