RU2442275C1 - Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load - Google Patents

Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load Download PDF

Info

Publication number
RU2442275C1
RU2442275C1 RU2010126236/07A RU2010126236A RU2442275C1 RU 2442275 C1 RU2442275 C1 RU 2442275C1 RU 2010126236/07 A RU2010126236/07 A RU 2010126236/07A RU 2010126236 A RU2010126236 A RU 2010126236A RU 2442275 C1 RU2442275 C1 RU 2442275C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
phase
zero
voltage
output
Prior art date
Application number
RU2010126236/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Харитонов (RU)
Сергей Александрович Харитонов
Николай Иванович Бородин (RU)
Николай Иванович Бородин
Дмитрий Владиславович Коробков (RU)
Дмитрий Владиславович Коробков
Алексей Сергеевич Хлебников (RU)
Алексей Сергеевич Хлебников
Андрей Викторович Гейст (RU)
Андрей Викторович Гейст
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Priority to RU2010126236/07A priority Critical patent/RU2442275C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2442275C1 publication Critical patent/RU2442275C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; three-phased static converter with unbalanced load. ^ SUBSTANCE: according to the method, the instantaneous value of the three-phase output variable of the converter, the voltage or current are measured, the zero-phase sequence of the output variable is separated out, the calibration signal for the zero-phase sequence equal to zero is formed, a comparison signal is formed by substracting the zero-phase sequence from the calibration signal, a three-phase control signal is formed for stabilization or adjustment of the output variable, voltage or current parameters, a three-phase modulating converter signal is formed, harmonic components with high amplification gain are separated out in the comparison signal, a feedback signal of the zero-phase sequence is formed by combining the separated harmonic components, and the said modulating signal is formed by combining the feedback signal with the control signals of all phases. ^ EFFECT: increase of the three-phase output signal (voltage or current) quality by means of suppressing the zero-phase sequence which appears in the output signal if the load in unbalanced. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке, входящим в состав автономной системы генерирования электрической энергии, системы бесперебойного электропитания, системы электроснабжения и др.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control a three-phase static converter with an asymmetric load, which is part of an autonomous system for generating electrical energy, uninterruptible power supply systems, power supply systems, etc.

Известен способ управления трехфазным статическим преобразователем [Патент РФ №2207698 Н02М 7/72, Н02Р 9/42, 21/00. Векторный способ управления четырехквадрантым инвертором напряжения в составе системы генерирования электрической энергии переменного тока / С.А.Харитонов, А.А.Стенников. - Опубл. 27.06.2003. - бюл №18], состоящий в том, что измеряют напряжение и мощность синхронного генератора, напряжение сети и напряжение на фильтровом конденсаторе звена постоянного тока, преобразуют напряжение синхронного генератора и напряжение сети из трехфазной abc-системы координат в двухфазную α,β-систему координат, для двухфазной системы координат формируют сигнал задания на нулевой фазный угол выходного тока для каждой выходной фазы преобразователя синфазно с напряжением соответствующей фазы сети и сигнал задания на выходную мощность статического преобразователя, причем сигнал задания на мощность на 90° опережает сигнал задания на нулевой фазный угол выходного тока, α- и β-составляющие сигнала задания на нулевой фазный угол выходного тока формируют пропорционально α- и β-составляющим преобразованным фазным напряжениям сети, α-составляющую сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя формируют как произведение β-составляющей напряжения сети и сигнала, формируемого как разность сигнала, пропорционального мощности, отдаваемой генератором, и сигнала, определяемого как разность сигнала задания на напряжение на фильтровом конденсаторе и сигнала обратной связи напряжения на фильтровом конденсаторе, β-составляющую сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя формируют как произведение α-составляющей напряжения сети, взятой с обратным знаком, и сигнала, формируемого как разность сигнала, пропорционального мощности, отдаваемой генератором, и сигнала, определяемого как разность сигнала задания на напряжение на фильтровом конденсаторе и сигнала обратной связи напряжения на фильтровом конденсаторе, формируют α- и β-составляющие регулирующего сигнала суммированием соответственно α- или β-составляющих сигнала задания на нулевой фазный угол выходного тока и сигнала задания на выходную мощность статического преобразователя, формируют модулирующий сигнал инвертором путем преобразования α- и β-составляющих регулирующего сигнала из двухфазной α,β-системы координат в трехфазную abc-систему координат.A known method of controlling a three-phase static Converter [RF Patent No. 2207698 Н02М 7/72, Н02Р 9/42, 21/00. A vector way to control a quadrant voltage inverter as part of an alternating current electric energy generation system / S.A. Kharitonov, A.A. Stennikov. - Publ. 06/27/2003. - Bulletin No. 18], which measures the voltage and power of the synchronous generator, the network voltage and the voltage at the filter capacitor of the DC link, converts the voltage of the synchronous generator and the network voltage from a three-phase abc coordinate system to a two-phase α, β coordinate system , for a two-phase coordinate system, a reference signal is generated for the zero phase angle of the output current for each output phase of the converter in phase with the voltage of the corresponding network phase and a reference signal for the static output power converter, and the power reference signal is 90 ° ahead of the reference signal at the zero phase angle of the output current, the α and β components of the reference signal at the zero phase angle of the output current are formed in proportion to the α and β components of the converted phase network voltages, the α component the signal of the task for the output power of the static converter is formed as the product of the β-component of the mains voltage and the signal generated as the difference of the signal proportional to the power supplied by the generator and the signal, determined much like the difference between the voltage reference signal at the filter capacitor and the voltage feedback signal at the filter capacitor, the β-component of the reference signal to the output power of the static converter is formed as the product of the α-component of the mains voltage taken with the opposite sign and the signal generated as the signal difference proportional to the power supplied by the generator, and a signal defined as the difference between the voltage reference signal at the filter capacitor and the voltage feedback signal at filter capacitor, form the α- and β-components of the control signal by summing respectively the α- or β-components of the reference signal to the zero phase angle of the output current and the reference signal to the output power of the static converter, form a modulating signal with an inverter by converting the α- and β-components of the control signal from a two-phase α, β-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system.

Этот способ реализуется при симметричной системе напряжений сети и учитывает только прямую последовательность трехфазной системы сетевых напряжений. Способ не реализует уменьшение обратной и нулевой последовательностей при несимметричной системе напряжений, последняя из которых наиболее опасна, так как вызывает подмагничивание электромагнитных элементов, питающихся от формируемого преобразователем напряжения.This method is implemented with a symmetrical network voltage system and takes into account only the direct sequence of the three-phase network voltage system. The method does not realize the reduction of the reverse and zero sequences with an asymmetric system of voltages, the last of which is the most dangerous, since it causes the magnetization of electromagnetic elements powered by the voltage generated by the converter.

Известен способ управления преобразователем [Патент РФ №2144729 Н02М 5/27, G05F 1/40. Векторный способ управления преобразователем / С.А.Харитонов, В.В.Машинский. - Опубл. 20.01.2000, - бюл №2], который является прототипом предлагаемого изобретения и заключается в том, что измеряют мгновенные значения трехфазной выходной величины инвертора, напряжения или тока, выделяют нулевую последовательность трехфазного выходного напряжения инвертора, преобразуют величины из трехфазной abc-системы координат в двухфазную α,β-систему координат, для двухфазной системы координат и нулевой последовательности формируют эталонные сигналы, причем для нулевой последовательности эталонный сигнал формируют нулевым, формируют сигналы сравнения путем вычитания α,β-составляющих и нулевой последовательности напряжения трехфазного выходного напряжения инвертора из соответствующих эталонных сигналов, пропорционально результатам сравнения формируют соответствующие управляющие сигналы, которые преобразуют из двухфазной системы α,β-координат в трехфазную abc-систему координат, формируют трехфазный модулирующий сигнал суммированием преобразованных α- и β-составляющих управляющих сигналов и регулирующего сигнала нулевой последовательности.A known method of controlling the Converter [RF Patent No. 2144729 Н02М 5/27, G05F 1/40. A vector way to control the converter / S.A. Kharitonov, V.V. Mashinsky. - Publ. 01/20/2000, - Bulletin No. 2], which is the prototype of the present invention and consists in measuring the instantaneous values of the three-phase output value of the inverter, voltage or current, isolating the zero sequence of the three-phase output voltage of the inverter, converting the values from the three-phase abc coordinate system into a two-phase α, β-coordinate system, for a two-phase coordinate system and a zero sequence, reference signals are generated, and for a zero sequence, a reference signal is formed zero, a signal is generated Comparison algorithms by subtracting the α, β components and the zero sequence of the voltage of the three-phase inverter output voltage from the corresponding reference signals, proportionally to the comparison results form the corresponding control signals, which convert from the two-phase system of α, β-coordinates into a three-phase abc-coordinate system, form a three-phase modulating signal by summing the converted α- and β-components of the control signals and the zero-sequence control signal.

При использовании статического преобразователя для преобразования энергии первичного источника в выходную энергию с заданными параметрами в результате коммутации вентилей преобразователя выходная величина, напряжение или ток будут содержать широкий спектр гармонических составляющих. При этом основная гармоническая составляющая и гармонические составляющие, кратные трем, при несимметричной нагрузке образуют нулевую последовательность. Поэтому качество вырабатываемой энергии будет низким из-за наличия составляющих нулевой последовательности, а их подавление будет неэффективным из-за конечности коэффициента усиления соответствующего контура регулирования.When using a static converter to convert the energy of the primary source into the output energy with the specified parameters as a result of switching the converter valves, the output quantity, voltage or current will contain a wide range of harmonic components. In this case, the main harmonic component and harmonic components that are multiples of three, with an asymmetric load form a zero sequence. Therefore, the quality of the generated energy will be low due to the presence of components of the zero sequence, and their suppression will be ineffective due to the finiteness of the gain of the corresponding control loop.

Задача изобретения заключается в повышении качества формируемой электроэнергии (напряжения или тока) за счет подавления в выходном сигнале составляющих нулевой последовательности, возникающих при несимметричной нагрузке.The objective of the invention is to improve the quality of the generated electricity (voltage or current) by suppressing in the output signal the components of the zero sequence that occur with an asymmetric load.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления трехфазным преобразователем, заключающемся в том, что измеряют мгновенные значения трехфазной выходной величины преобразователя, напряжения или тока, выделяют нулевую последовательность выходной величины, формируют эталонный сигнал для нулевой последовательности равным нулю, формируют сигнал сравнения путем вычитания нулевой последовательности сигнала из эталонного сигнала нулевой последовательности, формируют трехфазный управляющий сигнал для стабилизации или регулирования параметров выходной величины, напряжения или тока, формируют трехфазный модулирующий сигнал преобразователя, в сигнале сравнения нулевой последовательности выделяют гармонические составляющие с большим коэффициентом усиления, формируют сигнал обратной связи нулевой последовательности суммированием выделенных гармонических составляющих и указанный модулирующий сигнал формируют суммированием сигнала обратной связи нулевой последовательности с управляющими сигналами каждой фазы.The problem is achieved in that in the known method of controlling a three-phase converter, which consists in measuring the instantaneous values of a three-phase output value of the converter, voltage or current, extracting a zero sequence of the output quantity, generating a reference signal for a zero sequence equal to zero, generating a comparison signal by subtracting the zero sequence of the signal from the reference signal of the zero sequence, form a three-phase control signal to stabilize or adjusting the parameters of the output quantity, voltage or current, a three-phase modulating signal of the converter is generated, harmonic components with a high gain are extracted in the zero-sequence comparison signal, a zero-sequence feedback signal is generated by summing the selected harmonic components, and the specified modulating signal is formed by summing the zero-sequence feedback signal with control signals of each phase.

На фиг.1 приведена одна из возможных структурных схем, реализующих предлагаемый способ. На фиг.2 и фиг.3 представлены результаты моделирования, подтверждающие эффективность предложенного способа. Структурная схема (фиг.1) содержит систему импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1), выходы которой соединены с силовой схемой статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2). Силовая схема преобразователя соединена также с первичным источником электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3). Выход силовой схемы статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2) через выходной фильтр Ф (блок 4) соединен с несимметричной нагрузкой Н (блок 5). Одновременно выход преобразователя непосредственно соединен с входами преобразователя координат ПК (блок 6). Выходы преобразователей координат ПК через пропорциональные звенья

Figure 00000001
(блок 7) и
Figure 00000002
(блок 8) соединены с соответствующими вычитаемыми входами схем вычитания d- и q-составляющих (блоки 9 и 10). Вторые уменьшаемые входы указанных схем вычитания последовательностей соединены с выходами схем формирования эталонных сигналов d- и q-составляющих напряжения
Figure 00000003
и
Figure 00000004
(блоки 11 и 12). Выходы соответствующих схем вычитания соединены с входами пропорционально-интегральными регуляторами d- и q-составляющих PId и PIq (блоки 13 и 14). Выходы пропорционально-интегральных регуляторов d- и q-составляющих соединены с входами схем обратного преобразования координат ПК-1 (блок 15). Выходы схем обратного преобразования координат ПК-1 соединены с входами сумматоров (блоки 16, 17 и 18). Выходы сумматоров (блоки 16, 17 и 18) соединены с входами системы импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1). Выходные фазы нагрузки соединены с входами сумматора (блок 19) и через пропорциональное звено 1/3 (блок 20) соединены с вычитающим входом схемы вычитания (блок 21). Уменьшаемый вход схемы вычитания (блок 21) соединен с выходом схемы формирования эталонного сигнала нулевой последовательности UЭТ0 (блок 22). Выход схемы вычитания (блок 21) соединен с входами схем выделения гармонических составляющих нулевой последовательности Wp1 (блок 23), Wp2 (блок 24), WpN (блок 25). Выходы схем выделения гармонических составляющих нулевой последовательности (блоки 23, 24, 25) соединены с входами сумматора (блок 26). Выход сумматора соединен со вторыми входами сумматоров (блоки 16, 17, 18).Figure 1 shows one of the possible structural schemes that implement the proposed method. Figure 2 and figure 3 presents the simulation results, confirming the effectiveness of the proposed method. The block diagram (Fig. 1) contains a SIPU pulse-phase control system (block 1), the outputs of which are connected to the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2). The power circuit of the converter is also connected to the primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3). The output of the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2) through the output filter Ф (block 4) is connected to the unbalanced load N (block 5). At the same time, the converter output is directly connected to the inputs of the PC coordinate converter (block 6). Outputs of PC coordinate converters via proportional links
Figure 00000001
(block 7) and
Figure 00000002
(block 8) are connected to the corresponding deductible inputs of the subtraction schemes of d- and q-components (blocks 9 and 10). The second diminished inputs of these sequence subtraction schemes are connected to the outputs of the d-and q-component voltage generating circuits
Figure 00000003
and
Figure 00000004
(blocks 11 and 12). The outputs of the corresponding subtraction circuits are connected to the inputs of the proportional-integral regulators of the d- and q-components PI d and PI q (blocks 13 and 14). The outputs of the proportional-integral regulators of the d- and q-components are connected to the inputs of the inverse coordinate transformation circuits PC -1 (block 15). The outputs of the schemes of the inverse coordinate transformation PC -1 are connected to the inputs of the adders (blocks 16, 17 and 18). The outputs of the adders (blocks 16, 17 and 18) are connected to the inputs of the pulse-phase control system SIFU (block 1). The output phases of the load are connected to the inputs of the adder (block 19) and through the proportional link 1/3 (block 20) are connected to the subtracting input of the subtraction circuit (block 21). The reduced input of the subtraction circuit (block 21) is connected to the output of the zero sequence reference signal generating circuit U ET0 (block 22). The output of the subtraction circuit (block 21) is connected to the inputs of the zero sequence harmonic components W p1 (block 23), W p2 (block 24), W pN (block 25). The outputs of the circuits for the allocation of harmonic components of the zero sequence (blocks 23, 24, 25) are connected to the inputs of the adder (block 26). The output of the adder is connected to the second inputs of the adders (blocks 16, 17, 18).

Система импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1) представляет собой стандартную систему управления, реализующую вертикальный принцип управления (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980). Силовая схема статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2) - автономный инвертор напряжения на полностью управляемых ключах (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980); первичный источник электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3) - аккумуляторная батарея; выходной фильтр Ф (блок 4) - низкочастотный фильтр, подавляющий высокочастотные составляющие спектра выходной величины, например, однозвенный LC-фильтр; несимметричная нагрузка Н (блок 5) - параллельное или последовательное включение резистора и дросселя.The SIFU pulse-phase control system (block 1) is a standard control system that implements the vertical control principle (see BCRudenko, V.I.Senko, I.M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M.: Higher school, 1980). The power circuit of a static frequency inverter (block 2) is an autonomous voltage inverter using fully controllable switches (see BC Rudenko, V. I. Senko, I. M. Chizhenko. Fundamentals of converter technology. - M.: Higher school, 1980) ; primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3) - battery; output filter F (block 4) is a low-pass filter that suppresses the high-frequency components of the spectrum of the output value, for example, a single-link LC filter; unbalanced load N (block 5) - parallel or series connection of the resistor and inductor.

Преобразователь координат ПК (блок 6) реализует преобразование Парка сигналов из abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω dq-систему координат (см. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и может представлять собой умножители аналоговых сигналов (см. Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.). Пропорциональные звенья (блоки 7, 8 и 20), схемы вычитания (блоки 9, 10 и 21), пропорционально-интегральные регуляторы (блоки 13 и 14) и сумматоры (блоки 16, 17, 18, 19 и 26) представляют собой типовые элементарные звенья, известные из теории автоматического регулирования (см. Теория автоматического управления. 41. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977). Схемы формирования эталонных сигналов (блоки 11, 12 и 22) - параметрические стабилизаторы напряжения (см. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986). Схемы обратного преобразования координат ПК-1 (блок 15) реализуют преобразование из вращающейся двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат (см. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и могут представлять собой умножители аналоговых сигналов (см. Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.). Схемы выделения гармонических составляющих Wpi (блоки 23, 24 и 25) могут представлять собой резонансные звенья, например,

Figure 00000005
или
Figure 00000006
, реализуемые в аналоговом виде (см. Теория автоматического управления. Ч.1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977), а для исключения температурной зависимости параметров звеньев в цифровом виде (см. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер. - 2006. - 751 с.).The PC coordinate converter (block 6) implements the conversion of the Signal Park from the abc coordinate system to the dq coordinate system rotating at a constant frequency Ω (see Vazhnov A.I. Transient processes in AC machines. - L.: Energy, Leningrad. -nie, 1980) and can be analog signal multipliers (see Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M.: Radio and communications. - 1982. - 112 p.). Proportional links (blocks 7, 8 and 20), subtraction schemes (blocks 9, 10 and 21), proportional-integral controllers (blocks 13 and 14) and adders (blocks 16, 17, 18, 19 and 26) are typical elementary links known from the theory of automatic control (see. Theory of automatic control. 41. Theory of linear systems of automatic control. Edited by A.A. Voronov. Textbook for universities. - M.: Higher school, 1977). Schemes of the formation of reference signals (blocks 11, 12 and 22) are parametric voltage stabilizers (see Sources of power supply of electronic equipment: Reference / Edited by G.S. Naivelt. - M .: Radio and communication, 1986). Schemes for the inverse transformation of coordinates PK -1 (block 15) implement the conversion from a rotating two-phase dq coordinate system to a three-phase abc coordinate system (see Vazhnov A.I. Transients in AC machines. - L.: Energy, Leningrad. Department -nie, 1980) and can be multipliers of analog signals (see Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M.: Radio and communications. - 1982. - 112 p.). The allocation schemes of the harmonic components W pi (blocks 23, 24 and 25) can be resonant links, for example,
Figure 00000005
or
Figure 00000006
implemented in analog form (see. Theory of automatic control. Part 1. The theory of linear systems of automatic control. Edited by A.A. Voronov. Textbook for universities. - M .: Higher school, 1977), and for exceptions for the temperature dependence of link parameters in digital form (see Sergienko AB, Digital Signal Processing. - St. Petersburg: Peter. - 2006. - 751 p.).

Способ осуществляется следующим образом. Несимметричное трехфазное напряжение нагрузки Н (блок 5) поступает на выходы сумматора (блок 19) и далее на вход пропорционального звена (блок 20), на выходе которого формируется нулевая последовательность напряжения нагрузки. Нулевая последовательность напряжения нагрузки поступает на вычитающий вход схемы вычитания (блок 21). На уменьшаемый вход схемы вычитания (блок 21) поступает нулевой эталонный сигнал нулевой последовательности напряжения нагрузки UЭТ0 (блок 22). С выхода схемы вычитания (блок 21) резонансными звеньями Wpi (блоки 23, 24 и 25) выделяются гармонические составляющие нулевой последовательности выходного напряжения с большим коэффициентом усиления, которые подлежат исключению из нулевой последовательности. Эти выделенные гармонические составляющие суммируются (блок 26), и на выходе сумматора формируется сигнал обратной связи нулевой последовательности.The method is as follows. An asymmetric three-phase load voltage N (block 5) is supplied to the outputs of the adder (block 19) and then to the input of the proportional link (block 20), at the output of which a zero sequence of load voltage is formed. The zero sequence of the load voltage is fed to the subtracting input of the subtraction circuit (block 21). At the reduced input of the subtraction circuit (block 21), a zero reference signal of the zero sequence of the load voltage U ET0 is supplied (block 22). From the output of the subtraction circuit (block 21), the harmonic components of the zero sequence of the output voltage with a high gain, which are to be excluded from the zero sequence, are selected by the resonant links W pi (blocks 23, 24, and 25). These selected harmonic components are summed (block 26), and a zero sequence feedback signal is generated at the output of the adder.

Одновременно несимметричное трехфазное напряжение нагрузки Н (блок 5) поступает на выход преобразователя координат ПК (блок 6), на выходе которого формируются d- и q-составляющие выходного напряжения, которые согласуются по величине с эталонными сигналами

Figure 00000003
и
Figure 00000007
(блоки 11 и 12) пропорциональными звеньями
Figure 00000008
и
Figure 00000009
(блоки 7 и 8). На выходах схем вычитания (блоки 9 и 10) формируется разность соответствующих эталонных сигналов и d- и q-составляющих выходного напряжения. Эти разности преобразуются пропорционально-интегральными регуляторами d- и q-\3+At the same time, an asymmetric three-phase load voltage N (block 5) is supplied to the output of the PC coordinate converter (block 6), at the output of which d- and q-components of the output voltage are formed, which are consistent in magnitude with the reference signals
Figure 00000003
and
Figure 00000007
(blocks 11 and 12) by proportional links
Figure 00000008
and
Figure 00000009
(blocks 7 and 8). At the outputs of the subtraction schemes (blocks 9 and 10), a difference is formed between the corresponding reference signals and the d- and q-components of the output voltage. These differences are transformed by proportional-integral controllers d- and q- \ 3+

составляющих PId и PIq (блоки 13 и 14), и на выходах соответствующих пропорционально-интегральных регуляторов формируются сигналы сравнения d- и q-составляющих (блоки 13 и 14). Сформированные на выходах пропорционально-интегральных регуляторов сигналы преобразуются схемой обратного преобразования координат ПК-1 (блок 15) из dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат. Выходные напряжение схемы обратного преобразования координат ПК-1 (блок 15), представляющие собой управляющие сигналы фаз преобразователя, суммируются с сигналом обратной связи нулевой последовательности в сумматорах (блоки 16, 17 и 18), на выходах которых формируются модулирующие сигналы для системы импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1). По этим модулирующим сигналам система импульсно-фазового управления СИФУ (блок 1) вырабатывает импульсы управления, которые поступают на управляемые ключи силовой схемы статического преобразователя частоты ПЧ (блок 2). Ключи силовой переключаются в соответствие с изменением модулирующих сигналов, и тем самым реализуется преобразование электрической энергии первичного источника электроэнергии с нестабильными параметрами Uc (блок 3) в трехфазное напряжение заданной частоты и величины. Выходной фильтр Ф (блок 4) снижает в спектре выходного напряжения его высокочастотные составляющие, приближая форму выходного напряжения к синусоидальной.components PI d and PI q (blocks 13 and 14), and at the outputs of the respective proportional-integral controllers, comparison signals of d and q components (blocks 13 and 14) are generated. The signals generated at the outputs of the proportional-integral regulators are converted by the inverse coordinate transformation circuit PC -1 (block 15) from the dq-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system. The output voltage of the inverse coordinate transformation circuit PC -1 (block 15), which are the control signals of the converter phases, are summed with the zero sequence feedback signal in the adders (blocks 16, 17, and 18), at the outputs of which modulating signals are generated for the pulse-phase system SIFU control (block 1). Based on these modulating signals, the SIFU pulse-phase control system (block 1) generates control pulses that are supplied to the controlled keys of the power circuit of the inverter static frequency converter (block 2). The power keys are switched in accordance with the change in the modulating signals, and thereby the conversion of the electric energy of the primary source of electricity with unstable parameters Uc (block 3) into a three-phase voltage of a given frequency and magnitude is realized. The output filter F (block 4) reduces its high-frequency components in the spectrum of the output voltage, approximating the shape of the output voltage to a sinusoidal one.

Исключение гармонических составляющих нулевой последовательности напряжения нагрузки достигается за счет того, что в предложенном способе управления, в отличие от способа-прототипа, для каждой исключаемой гармонической составляющей нулевой последовательности используется свой, и очень большой коэффициент усиления и выделение каждой составляющей происходит с фазовым сдвигом, близким к нулю, а не одинаковый коэффициент усиления для всех гармонических составляющих, как в способе-прототипе.The exception of the harmonic components of the zero sequence of the load voltage is achieved due to the fact that in the proposed control method, in contrast to the prototype method, for each excluded harmonic component of the zero sequence, its own is used, and a very large gain and selection of each component occurs with a phase shift close to to zero, and not the same gain for all harmonic components, as in the prototype method.

Сравним наличие гармонических составляющих в нулевой последовательности для способа-прототипа и предлагаемого способа управления.Compare the presence of harmonic components in the zero sequence for the prototype method and the proposed control method.

Для способа-прототипа выходные фазные напряжения нагрузки можно представить в виде:For the prototype method, the output phase load voltage can be represented as:

Figure 00000010
;
Figure 00000010
;

где

Figure 00000011
- изображение фазного напряжения нагрузки;Where
Figure 00000011
- image of the phase voltage of the load;

Figure 00000012
- изображение эталонного сигнала нулевой последовательности;
Figure 00000012
- image of the reference signal of the zero sequence;

Figure 00000013
- изображение нулевой последовательности выходного напряжения;
Figure 00000013
- image of the zero sequence of the output voltage;

Figure 00000014
- конечный коэффициент усиления сигнала сравнения;
Figure 00000014
- final gain of the comparison signal;

Figure 00000015
- управляющий сигнал i-ой фазы, определяющий прямую и
Figure 00000015
- the control signal of the i-th phase, which determines the direct and

обратную последовательности напряжения нагрузки;reverse sequence of load voltage;

Figure 00000016
- коэффициент усиления силовой схемы преобразователя с учетом СИФУ;
Figure 00000016
- gain of the power circuit of the converter taking into account SIFU;

Figure 00000017
- изображение передаточной функции линейной части
Figure 00000017
- image of the transfer function of the linear part

преобразователя с учетом несимметрии нагрузки;converter taking into account load asymmetry;

i=a,b,c.i = a, b, c.

Определим изображение нулевой последовательности по соотношениям (1) как 1/3 суммы фазных напряжений нагрузки, выразим из полученной суммы нулевую последовательность и получим выражение:We define the image of the zero sequence by relations (1) as 1/3 of the sum of the phase load voltages, express the zero sequence from the resulting sum, and obtain the expression:

Figure 00000018
Figure 00000018

При выполнении равенства

Figure 00000012
=0 величина гармонических составляющих нулевой последовательности определяется вторым слагаемым числителя выражения (2) и при ограниченном значении КOC будет иметь конечную величину.When performing equality
Figure 00000012
= 0, the value of the harmonic components of the zero sequence is determined by the second term of the numerator of expression (2) and, with a limited value of K, OC will have a finite value.

Для предлагаемого способа в соответствие с фиг.1 выходные фазные напряжения нагрузки можно представить в виде:For the proposed method in accordance with figure 1, the output phase load voltage can be represented as:

Figure 00000019
Figure 00000019

где

Figure 00000020
- передаточная функция схемы выделения i-ой гармонической составляющей нулевой последовательности.Where
Figure 00000020
- the transfer function of the allocation circuit of the i-th harmonic component of the zero sequence.

Определим нулевую последовательность по соотношениям (3) как 1/3 суммы фазных напряжений нагрузки, выразим из полученной суммы нулевую последовательность и получим выражение:We define the zero sequence by relations (3) as 1/3 of the sum of the phase load voltages, express the zero sequence from the resulting sum and obtain the expression:

Figure 00000021
Figure 00000021

Определим по выражению (4) значение к-ой гармонической составляющей ωk в нулевой последовательности напряжения нагрузки для предлагаемого способа управления. Для этого представим в суммах числителя и знаменателя выражения (4) передаточную функцию схемы выделения к-ой гармонической составляющей ωk в виде:Define by expression (4) the value of the k-th harmonic component ω k in the zero sequence of the load voltage for the proposed control method. To do this, we present in the sums of the numerator and denominator of expression (4) the transfer function of the allocation scheme of the k-th harmonic component ω k in the form:

Figure 00000022
Figure 00000022

Изображение эталонного сигнала нулевой последовательности представим в виде:The image of the reference signal of the zero sequence can be represented as:

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000024
- постоянный, нулевой сигнал.Where
Figure 00000024
- constant, zero signal.

После этого приведем к общему знаменателю выражения числителя и знаменателя в формуле (4) и заменим комплексную переменную S на jωk. В результате все слагаемые числителя и знаменателя выражения (4), умноженные на

Figure 00000025
, которое равно нулю, обращаются в ноль. Выражение (4) преобразуется к виду:After that, we bring to the common denominator the expressions of the numerator and denominator in formula (4) and replace the complex variable S with jω k . As a result, all terms of the numerator and denominator of expression (4) multiplied by
Figure 00000025
, which is zero, vanish. Expression (4) is converted to the form:

Figure 00000026
Figure 00000026

Если величина

Figure 00000024
=0, то это означает, что амплитуда к-ой гармонической составляющей в нулевой последовательности напряжения на нагрузке так же равна нулю. Таким образом, происходит исключение к-ой гармонической составляющей в нулевой последовательности напряжения на нагрузке.If the value
Figure 00000024
= 0, then this means that the amplitude of the k-th harmonic component in the zero sequence of voltage at the load is also equal to zero. Thus, the kth harmonic component is eliminated in the zero sequence of voltage at the load.

Рассуждая аналогичным образом, можно показать, что в нулевой последовательности напряжения на нагрузке при предложенном способе управления будут исключены все выделенные составляющие нулевой последовательности напряжения на нагрузке. Следовательно, при предложенном способе управления достигается повышение качества выходного трехфазного сигнала (напряжения или тока) за счет подавления в выходном сигнале нулевой последовательности, возникающей при несимметричной нагрузке.Arguing in a similar way, it can be shown that in the zero sequence of the voltage across the load with the proposed control method, all selected components of the zero sequence of the voltage across the load will be excluded. Therefore, with the proposed control method, an improvement in the quality of the output three-phase signal (voltage or current) is achieved by suppressing in the output signal the zero sequence that occurs with an asymmetric load.

Аналогичный результат получается, если в качестве схемы выделения гармонических составляющих нулевой последовательности трехфазной несимметричной величины будет использоваться звено вида:A similar result is obtained if a link of the form is used as a scheme for distinguishing harmonic components of the zero sequence of a three-phase asymmetric quantity:

Figure 00000027
Figure 00000027

На фиг.2 представлены результаты моделирования в Matlab Simulink мостового инвертора напряжения, формирующего напряжение частотой 400 Гц и действующего фазным напряжением 115 В (бортовая авиационная система генерирования электрической энергии) без регулирования гармонических составляющих нулевой последовательности напряжения. Частота переключения ключей инвертора 20 кГц. Активные сопротивления нагрузки для фаз А, В и С соответственно равны 2 Ом, 3 кОм и 3 кОм. На фиг.2 изображены фазные напряжения нагрузки (первый график), d- (верхняя кривая) и q- (нижняя кривая) составляющие напряжения нагрузки (второй график) и нулевая последовательность напряжения нагрузки (третий график). На фиг.3 представлены аналогичные, как на фиг.2, кривые при реализации предложенного способа управления и выделении первой и третьей гармонических составляющих нулевой последовательности напряжения нагрузки. Результаты моделирования подтверждают повышение качества выходного трехфазного сигнала (напряжения или тока) за счет подавления в выходном сигнале нулевой последовательности, возникающей при несимметричной нагрузке для предложенного способа управления.Figure 2 presents the simulation results in Matlab Simulink of a bridge voltage inverter that generates a voltage of 400 Hz and operates with a phase voltage of 115 V (airborne electrical energy generation system) without regulating the harmonic components of the zero voltage sequence. The switching frequency of the inverter keys is 20 kHz. Active load resistances for phases A, B and C are respectively 2 Ohms, 3 kOhms and 3 kOhms. Figure 2 shows the phase voltage of the load (first graph), d- (upper curve) and q- (lower curve) components of the load voltage (second graph) and the zero sequence of the load voltage (third graph). Figure 3 presents the curves similar to those in figure 2 when implementing the proposed control method and highlighting the first and third harmonic components of the zero sequence of the load voltage. The simulation results confirm the improvement in the quality of the output three-phase signal (voltage or current) due to the suppression in the output signal of the zero sequence that occurs with an asymmetric load for the proposed control method.

Таким образом, поставленная задача предложенного способа управления, а именно: повышение качества формируемой электроэнергии (напряжения или тока) за счет подавления в выходном сигнале составляющих нулевой последовательности, возникающих при несимметричной нагрузке, доказана.Thus, the task of the proposed control method, namely: improving the quality of the generated electricity (voltage or current) by suppressing in the output signal the components of the zero sequence that occur with an asymmetric load, is proved.

Claims (1)

Способ управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке, состоящий в том, что измеряют мгновенные значения трехфазной выходной величины преобразователя, напряжения или тока, выделяют нулевую последовательность выходной величины, формируют эталонный сигнал для нулевой последовательности равным нулю, формируют сигнал сравнения путем вычитания нулевой последовательности сигнала из эталонного сигнала нулевой последовательности, формируют трехфазный управляющий сигнал для стабилизации или регулирования параметров выходной величины, напряжения или тока, формируют трехфазный модулирующий сигнал преобразователя, отличающийся тем, что в сигнале сравнения нулевой последовательности выделяют гармонические составляющие с большим коэффициентом усиления, формируют сигнал обратной связи нулевой последовательности суммированием выделенных гармонических составляющих и указанный модулирующий сигнал формируют суммированием сигнала обратной связи нулевой последовательности с управляющими сигналами каждой фазы. A method of controlling a three-phase static converter with an asymmetric load, which consists in measuring the instantaneous values of a three-phase output value of the converter, voltage or current, extracting the zero sequence of the output quantity, generating a reference signal for the zero sequence equal to zero, generating a comparison signal by subtracting the zero sequence of the signal from reference signal of the zero sequence, form a three-phase control signal for stabilization or regulation I parameters of the output quantity, voltage or current, form a three-phase modulating signal of the converter, characterized in that harmonic components with a high gain are extracted in the zero-sequence comparison signal, a zero-sequence feedback signal is formed by summing the selected harmonic components, and the specified modulating signal is formed by summing the feedback signal communication of the zero sequence with the control signals of each phase.
RU2010126236/07A 2010-06-25 2010-06-25 Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load RU2442275C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010126236/07A RU2442275C1 (en) 2010-06-25 2010-06-25 Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010126236/07A RU2442275C1 (en) 2010-06-25 2010-06-25 Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2442275C1 true RU2442275C1 (en) 2012-02-10

Family

ID=45853818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010126236/07A RU2442275C1 (en) 2010-06-25 2010-06-25 Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2442275C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9906162B2 (en) 2016-04-29 2018-02-27 Caterpillar Inc. Method to control three-phase inverter voltage
CN111817412A (en) * 2020-05-23 2020-10-23 青岛鼎信通讯股份有限公司 Medium-high voltage charging system control method based on series digital voltage stabilizer
RU2771777C1 (en) * 2021-11-18 2022-05-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) "ФГАОУ ВО "ЮУрГУ" (НИУ) Device for balancing three-phase voltage at output of electronic semiconductor converter with unbalanced load

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9906162B2 (en) 2016-04-29 2018-02-27 Caterpillar Inc. Method to control three-phase inverter voltage
CN111817412A (en) * 2020-05-23 2020-10-23 青岛鼎信通讯股份有限公司 Medium-high voltage charging system control method based on series digital voltage stabilizer
CN111817412B (en) * 2020-05-23 2023-08-08 青岛鼎信通讯股份有限公司 Control method of medium-high voltage charging system based on serial digital voltage stabilizer
RU2771777C1 (en) * 2021-11-18 2022-05-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) "ФГАОУ ВО "ЮУрГУ" (НИУ) Device for balancing three-phase voltage at output of electronic semiconductor converter with unbalanced load

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Panigrahi et al. A robust LQG servo control strategy of shunt-active power filter for power quality enhancement
Rohten et al. Model predictive control for power converters in a distorted three-phase power supply
US11177660B2 (en) System and method for power converter control for virtual impedance
Chebabhi et al. A new balancing three level three dimensional space vector modulation strategy for three level neutral point clamped four leg inverter based shunt active power filter controlling by nonlinear back stepping controllers
EP0610058B1 (en) Device for suppressing voltage fluctuation and higher harmonics
CN111133670B (en) Controlling a voltage source converter in a DC system
Abdolhadi et al. Sliding Mode and Terminal Sliding Mode Control of Cascaded Doubly Fed Induction Generator.
RU2442275C1 (en) Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load
Karimi et al. High performances reference current generation for shunt active filter under distorted and unbalanced conditions
RU2475914C1 (en) Electric energy quality improvement method
RU2444833C1 (en) Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load
Kadandani et al. Modelling, design and control of cascaded H-bridge single phase rectifier
Mortezaei et al. Three-phase smart inverter for flexible power conditioning in low voltage distribution systems
Rozanov et al. Multifunctional power quality controller based on power electronic converter
RU2394346C1 (en) Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load
RU2381607C1 (en) Method to synchronise controlled static source of variable voltage and variable voltage source and switching them into parallel operation
Ayoubi et al. Enhanced controller for a four-leg inverter operating in a stand-alone microgrid with unbalanced loads
RU2677628C1 (en) Three-phase reactive power compensator
RU2381609C1 (en) Method to control static stabilised dc voltage sources operating in parallel into common load
RU2452076C2 (en) Methods for control of static stabilised ac voltage sources working in parallel for common load
Zaveri et al. Analysis of different real time reference generation techniques used for harmonic mitigation in three phase shunt active filters
RU2472269C1 (en) Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry
RU2460194C1 (en) Method to control static stabilised sources of ac voltage operating in parallel for common load in case of its asymmetry
Kolmakov et al. Application of hysteresis voltage control for three-level neutral point clamped voltage source inverter
Muthuraman et al. PHC Control Method for Shunt Active Power Filters In Three-Phase Four-wire Systems

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150626