Способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе

 

Использование: упрощение оберпечения электромагнитной совместимости (ЭМС) потребителей электроэнергии и уравновешенности режима многофазной системы при подключении к ней через Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) потребителей электроэнергии и повышения ее качества в многофазной системе с однофазными нестационарными и нелинейными нагрузками (например, электротехнологические установки, полупроводниковые преобразователи, тяговые нагрузки). Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, уравновешиванепосредственный преобразователь частоты (НПЧ) каждой из нестационарных, нелинейных однофазных нагрузок. Сущность изобретения: по измеренным мгновенным и действующим значениям сопротивлениякаждой нагрузки в каждый момент времени определяется текущая коммутационная функция и соответствующий НПЧ управляется в соответствии с вычисленной для него коммутационной функцией, которая пропорциональна корню квадратному из частного от делейия мгновенного значения сопротивления каждой нагрузки на ее действующее значение. При этом нелинейная система, состоящая из однофазной нестационарной , нелинейной нагрузки и однофазного НПЧ, представляет собой однофазную линейную нагрузку с постоянным сопротивлением , в результате чего достигается отсутствие влияния нестационарных, нелинейных нагрузок на питающую сеть и тем самым обеспечиваются ЭМС потребителей и уравновешенность режима (мгновенная мощность в нагрузочном узле многофазной системы постоянна ), 1 ил. ние нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсация высШих гармониктока в многофазной системе. Использование изобретения позволяет повысить качество электрической энергии, эффективность и надежность обеспечения ЭМС потребителей многофазной системы за счет расширения функциональных возможностей известного способа, принятого за прототип, а также обеспечения уравновешивания нестационарных, нелинейных на (л С 00 о о ел ел ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 J 3/18, 3/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4869236/07 (22) 27.09.90 (46) 07.03.93, Бюл. ¹ 9 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) А.К.Шидловский, И.В.Мостовяк, В.А.Новский, А.Н,Яровой и И,М.Фартушок (56)Мостовяк И.B.. Самков А.В. Ста. тистическое корректирующее устройство для обеспечения электромагнитной совместимости нелинейных нагрузок с трех. фазной сетью. — Техническая электродинамика, 1989 г., № 1 с, 32-35.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1125701, кл. Н 02 J 3/26, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 650202, кл, Н 02 P 13/16, 1979. (54) СПОСОБ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ

СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В МНОГОФАЗНОЙ

СИСТЕМЕ (57) Использование: упрощение оберпече. ния электромагнитной совместимости (ЭМС) потребителей электроэнергии и урав новешенности режима многофазной системы при подключении к ней через

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения электромагнитной совместимости (3MC) потребителей электроэнергии и повышения ее качества в многофазной системе с однофазными нестационарными и нелинейными нагрузками (например, электротехнологические установки, полупроводниковые преобразователи, тяговые нагрузки).

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, уравновешива„„59„„1800552 А1 непосредственный преобразователь часто- . ты (НПЧ) каждой из нестационарных, нелинейных однофазных нагрузок, Сущность изобретения; по измеренным мгновенным и действующим значениям сопротивлениякаждой нагрузки в каждый момент времени определяется текущая коммутационная функция и соответствующий НПЧ управляется в соответствии с вычисленной для него коммутационной функцией, которая пропорциональна корню квадратному из част- ного от деления мгновенного значения сопротивления каждой нагрузки на ее действующее значение. При этом нелинейная система, состоящая из "однофазной нестационарной, нелинейной нагрузки и однофазного НПЧ", представляет собой однофазную линейную нагрузку с постоянным сопротивлением, в результате чего достигается отсутствие влияния нестационарных, нелинейных нагрузок на питающую сеть и тем самым обеспечиваются ЭМС потребителей и уравновешенность режима (мгновенная мощность в нагрузочном узле многофазной системы постоянна), 1 ил, ние нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсация высШих гармониктока в многофазной системе, Использование изобретения позволяет повысить качество электрической энергии, эффективность и надежность обеспечения

ЭМС потребителей многофазной системы за счет расширения функциональных возможностей известного способа, принятого за прототип, а также обеспечения уравновешивания нестационарных, нелинейных на1800552 грузок и компенсации высших гармоник тока.

Цель достигается тем, что предлагаемый способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе включает в себя совокупность новых действий: измерение в каждый момент времени мгновенного RH(t) и действующего R< значений сопротивления нагрузки и управление однофазным непосрественным преобразователем частоты, включенным между питающей сетью и нагрузкой, в соответствии с коммутационной функцией Ф (с), которая пропорциональна, корню квадратному из частотного от деления мгновенного значения RH(t) сопротивления нагрузки на его действующее значение Вн.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Допустим, что однофаз- 20 ная нестационарная нелинейная нагрузка

R>i(t) подключена к соответствующим фазам сети через однофазный непосредственный преобразователь частоты, алгоритм работы которого описывается его коммутационной (модуляционной или переключающей) функцией Ф (с), причем, выходное напряжение преобразователя формируется мгновенно, а закон его изменения находится как произведение соответствующих коммутацион- 30 ных функций на напряжение источника питания.

Уравнения связи между входными и выходными электрическими величинами НПЧ имеют следующий вид;

»(t) = Фс(с) - 2(t) U2(t) = % (С) U2(t) 40 где Ф1 (t) и 42 (t)- коммутационные функции соответственно по току и напряжению, Уравнения связи (1) одновременно выражают условие баланса мощностей при пренебрежении .потерями в ключевом

45 коммутаторе.

С другой стороны, при подключении к выходу НПЧ однофаэной нестационарной нагрузки RH(t); й,(С) - 2(t) = U2(t).

После подстановки последнего выражения в (1) получаем:

U>(t).

»(t) р (55 или о1(с) Ф (с) Ф2 (с) »(с) Очевидно, что для обеспечения полной

ЭМС в нагрузочном узле и уравновешенности режима многофазной системы при подключении к ней однофазной нестационарной, нелинейной нагрузки R<(t) необходимо выполнить следующее условие;

Ф1 (с) % (t) где Ro — постоянная величина. В этом случае система "НПЧ - нестационарная, i, линейная нагрузка" представляет собой линейную нагрузку, т.е, щ(с) = Rp »(t), и тем самым не оказывает вредного влияния на питающую сеть, поскольку осуществляется компенсация всех гармоник помимо основной в токе нестационарной, нелинейной нагрузки, В результате обеспечивается полная

ЭМС потребителей и уравновешенность режима многофазной системы.

Поскольку в данном случае коммутационные функции по току и напряжению совпадают, т.е. &g(t)= 42(t) =@(t), то из(2) следует:

Ф(с) = R, 1 (3) С учетом того, что коммутационные функции, описывающие алгоритм (логику) работы ключевого коммутатора, НПЧ, представляют собой последовательность прямоугольных (единичных или ступенчатых) импульсов с модулированными параметрами, причем I+(t)l 1, а также того, что Rp 0 и R>(t) О, получим неравенство: — (- <1 или Rp >R,(t), R, откуда следует, что в этом случае R< является максимальным значением за период изменения несинусоидальной функции R>(t), т.е. Rp = макс (R<(t)J, или же действующим значением R< периодической несинусоидальной величины и (с). Период изменения функции R>(t) определяется наименьшим промежутком времени, в течение которого эта функция непрерывна, и по истечении которого наблюдается повторение мгновенных положительных значений нелинейного сопротивления RH(t). Практически период изменения R (t) может определяться технологическим режимом работы нестационарной, нелинейной нагрузки, например электротехнологической.

1800552

Следовательно, для каждого однофазного НПЧ коммутационная (переключающая) функция Ф (t) с учетом (3) может быть представлена в виде: (4)

Таким образом, управляя ключевым коммутатором каждого НПЧ в соответствии с алгоритмом, определяемым законом (4), достигают обеспечения ЭМС потребителей электроэнергии и уравновешенности режима многофазной системы, На чертеже приведен пример выполнения схемы устройства, предназначенного для осуществления предлагаемого способа быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, где введены следующие обозначения:

1...m — фазы электрической системы;

4(10 — однофазная нестационарная, нелинейная нагрузка;

5(11) — силовая схема однофазногс НПЧ; б(12) — ключевой коммутатор НПЧ (комплект силовых ключей переменного тока);

7(13) — блок измерения и преобразования мгновенных и действующих значений сопротивления нагрузки;

8(14) — вычислительное устройство;

9(15) — система управления. силовыми ключами НПЧ, Предлагаемый способ включает следующий порядок выполнения операций; измерение мгновенного R<(t) и действующего RH значений сопротивления нестационарной, нелинейной нагрузки; управление однофазным непосредственным преобразователем частоты, .включенным между питающей сетью и нагрузкой, в соответствии с коммутационной функцией Ф(1), которая пропорциоНальна корню квадратному из частного от деления мгновенного значения R<(t) сопротивления нагрузки на его действующее значение RH, Устройство, реализующее предлагаемый способ и выполненное, например, по схеме, которая приведена на чертеже, подключено между соответствующими фазами

1...m электрической системы и однофазной нестационарной, нелинейной нагрузкой 4 и состоит из силовой схемы 5 НПЧ, содержащей комплект б силовых ключей (ключевой коммутатор) переменного тока, а также блока измерения и преобразования 7 мгновенных и действующих значений со противления нагрузки R<(t) и RH, вычислительного устройства 8 и системы управления 9 силовыми ключами.

5 Переключени . силовых ключей (ключевого коммутатора) НПЧ осуществляется в соответствии с алгоритмом, определяемым законом управления (4), причем текущее значение каждой коммутационной функции

10 4(т) определяется вычислительным устройством 8 в зависимости от действующих и мгновенных значений сопротивления нагрузки, которые измеряются и преобразуются в удобную для обработки форму, 15 например цифрЬвую. с помощью соответствующих датчиков токов и напряжений, входящих в состав блока 7, а также преобразователей сигналов (компараторов, А0П и других). Здесь блок 7 дополнительно

20 снабжен формирователем коммутационных функций, выходной сигнал которого представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с модулированными параметрами. Система управления 9 служит

25 для формирования достаточно мощных сигналов управления силовыми ключами б

НПЧ. В качестве таких ключей переменного тока можно использовать мощные биполярные и полевые транзисторы и их сборки, 30 запираемые тиристоры и однооперационные тиристоры с узлами искусственной коммутации.

Формула изобретения

35 Способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, содержащей однофазный непосредственный преобразовательь частоты, включен н ый между

40 многофазной сетью и нагрузкой. заключающийся в том, что осуществляют коррекцию параметров электроэнергии с помощью управления ключевыми элементами упомяну.того преобразователя частоты, о т л и ч а ю45 шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, обеспечения симметрированиsl нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока, в каждый момент времени

50 измеряют мгновенное R,(Ò) и действующее

RH значения сопротивления нагрузки и управляют работой упомянутого преобразователя частоты в соответствии с коммутационной функцией Ф(Т), определя55 емой выражением

1800552 Составитель А.Шидловский

Техред М.Моргентал Корректор М.Керецмфн

Редактор Е.Хорина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 1170 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5