RU2677628C1 - Three-phase reactive power compensator - Google Patents

Three-phase reactive power compensator Download PDF

Info

Publication number
RU2677628C1
RU2677628C1 RU2017143752A RU2017143752A RU2677628C1 RU 2677628 C1 RU2677628 C1 RU 2677628C1 RU 2017143752 A RU2017143752 A RU 2017143752A RU 2017143752 A RU2017143752 A RU 2017143752A RU 2677628 C1 RU2677628 C1 RU 2677628C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
park
load
inputs
outputs
Prior art date
Application number
RU2017143752A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Михайлович Кулинич
Виктор Валерьевич Колобов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС)
Priority to RU2017143752A priority Critical patent/RU2677628C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2677628C1 publication Critical patent/RU2677628C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

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

Abstract

FIELD: electrical equipment.SUBSTANCE: invention relates to the electrical equipment and is intended for the reactive power compensation and increasing the three-phase consumers power factor, in particular, industrial enterprises. Three-phase reactive power compensator contains the three-phase load, a control system, a three-phase voltage sensor, load and compensator currents sensors, a three-phase reactor, a three-phase autonomous voltage inverter, a reactive power source. Control system includes the Park direct conversion units, low-pass filters, the Park reverse conversion units, a PI regulator, three-phase subtractors, and the autonomous voltage inverter control unit. Supply network is represented by connected in series with the three-phase line generator, which has the actively inductive resistance nature.EFFECT: technical result consists in achieving of the high power factor Kdue to the consumed currents (i, i, i) approximation to the sinusoidal form and their phases approximation to the supply voltage (u, u, u) – this, in turn, increases the power factor Kdue to increase in the cosϕ and the consumed current curve shape distortion factor.1 cl, 1 dwg

Description

Устройство относится к электротехнике и предназначено для компенсации реактивной мощности и повышения коэффициента мощности трехфазных потребителей, в частности, промышленных установок.The device relates to electrical engineering and is intended to compensate for reactive power and increase the power factor of three-phase consumers, in particular, industrial plants.

Коэффициент мощности нагрузки является одним из основных энергетических показателей приемников электрической энергии, определяющим потребление им непроизводительной реактивной мощности. Низкое значение коэффициента мощности нагрузки приводит к существенным потерям электроэнергии.The load power factor is one of the main energy indicators of electric power receivers, which determines its consumption of non-productive reactive power. A low load power factor leads to significant energy losses.

При несинусоидальной форме напряжения питающей сети и тока нагрузки коэффициент мощности нагрузки KМ определяется по формуле [Л.А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Учебник. - 10-е изд. - М.: Гардарики, 2000]:With a non-sinusoidal form of the supply voltage and the load current, the load power factor K M is determined by the formula [L.A. Bessonov. Theoretical foundations of electrical engineering. Electrical circuits. Textbook. - 10th ed. - M .: Gardariki, 2000]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ϕ - угол сдвига между потребляемым током и питающим напряжением;where ϕ is the angle of shift between the consumed current and the supply voltage;

ν - коэффициент искажения формы потребляемого тока.ν is the distortion coefficient of the shape of the consumed current.

Последний коэффициент характеризует степень искажения тока нагрузки и определяется отношением первой гармоники потребляемого тока I1 к его действующему значению Iпотр:The last coefficient characterizes the degree of distortion of the load current and is determined by the ratio of the first harmonic of the consumed current I 1 to its current value I cons :

Figure 00000002
Figure 00000002

Таким образом, коэффициент мощности нагрузки KM характеризует степень потребления нагрузкой активной и, соответственно, реактивной мощности. Увеличение KM способствует повышению потребления активной мощности и одновременному уменьшению реактивной.Thus, the load power factor K M characterizes the degree of load consumption of active and, accordingly, reactive power. An increase in K M contributes to an increase in active power consumption and a simultaneous decrease in reactive power.

Компенсация реактивной мощности нагрузки является эффективным средством повышения коэффициента мощности нагрузки, значение которого зависит от приближения фазы потребляемого тока к питающему напряжению, а также улучшения формы потребляемого токаCompensation of the reactive load power is an effective means of increasing the load power factor, the value of which depends on the approximation of the phase of the current consumption to the supply voltage, as well as improving the shape of the current consumption

Известен трехфазный компенсатор реактивной мощности [Энергетическая электроника: Справочное пособие. Пер. с нем. Под ред. В.А. Лабунцова. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 243.], который компенсирует реактивную мощность нагрузки q за счет приближения фаз потребляемых токов (iA, iB, iC) к питающему напряжению (uА, uВ, uC).Known three-phase reactive power compensator [Energy Electronics: Reference manual. Per. with him. Ed. V.A. Labuntsova. - M .: Energoatomizdat, 1987, p. 243.], which compensates for the reactive power of the load q by approaching the phases of the consumed currents (i A , i B , i C ) to the supply voltage (u A , u B , u C ).

Устройство содержит трехфазный управляемый выпрямитель, трехфазный автономный инвертор напряжения, а также трехфазный реактор и конденсатор. Управление трехфазным автономным инвертором напряжения осуществляется от синхронизированной с сетью системой управления.The device contains a three-phase controlled rectifier, a three-phase autonomous voltage inverter, as well as a three-phase reactor and capacitor. The three-phase autonomous voltage inverter is controlled from a control system synchronized with the network.

Вход управляемого выпрямителя подключен к питающей сети, а его выход через конденсатор связан с входом трехфазного автономного инвертора напряжения. Выходы трехфазного автономного инвертора напряжения через трехфазный реактор подключены к питающей сети.The input of the controlled rectifier is connected to the mains, and its output through the capacitor is connected to the input of a three-phase autonomous voltage inverter. The outputs of a three-phase autonomous voltage inverter through a three-phase reactor are connected to the mains.

Устройство работает следующим образом. На ключевые элементы автономного инвертора напряжения подается управляющий сигнал, который формирует на выходе каждой фазы трехфазного автономного инвертора нерегулируемые по величине токи компенсатора (ikA, ikB, ikC). Токи компенсатора (ikA, ikB, ikC) соответствуют гармоникам основной частоты, которые на 90° опережают соответствующие питающие напряжения (uА, uВ, uC). При индуктивном характере токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) опережающие по фазе токи компенсатора (ikA, ikB, ikC), имеющие емкостной характер, компенсируют индуктивную составляющую токов нагрузки (iLA, iLB, iLC). В этом случае фазы потребляемых токов (iА, iB, iC) приближаются к питающему напряжению (uА, uB, uC), способствуя повышению коэффициента мощности нагрузки KM. Таким образом, компенсатор с нерегулируемой величиной токов компенсатора (ikA, ikB, ikC) повышает коэффициент мощности нагрузки KM при определенных (номинальных) токах нагрузки (iLA, iLB, iLC).The device operates as follows. A control signal is supplied to the key elements of the autonomous voltage inverter, which generates at the output of each phase of the three-phase autonomous inverter the compensator currents that are unregulated in magnitude (i kA , i kB , i kC ). The compensator currents (i kA , i kB , i kC ) correspond to harmonics of the fundamental frequency, which are 90 ° ahead of the corresponding supply voltage (u A , u B , u C ). With the inductive nature of the load currents (i LA , i LB , i LC ), the phase-ahead currents of the compensator (i kA , i kB , i kC ), which are capacitive in nature, compensate the inductive component of the load currents (i LA , i LB , i LC ) . In this case, the phases of the consumed currents (i A , i B, i C ) approach the supply voltage (u A , u B , u C ), helping to increase the load power factor K M. Thus, a compensator with an unregulated value of the compensator currents (i kA , i kB , i kC ) increases the load power factor K M at certain (rated) load currents (i LA , i LB , i LC ).

Достоинство известного трехфазного компенсатора реактивной мощности заключается в высоком значении коэффициента мощности нагрузки KM, достигаемом при номинальных токах нагрузки (iLA, iLB, iLC). Это обусловлено формированием емкостных токов компенсатора (ikA, ikB, ikC), компенсирующих противоположные по характеру индуктивные токи нагрузки (iLA, iLB, iLC).The advantage of the well-known three-phase reactive power compensator is the high value of the load power factor K M achieved at rated load currents (i LA , i LB , i LC ). This is due to the formation of capacitive currents of the compensator (i kA , i kB , i kC ), compensating for the inductive load currents that are opposite in nature (i LA , i LB , i LC ).

Недостаток известного трехфазного компенсатора реактивной мощности заключается в уменьшение коэффициента мощности нагрузки KM при отклонении токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) от номинального значения. Это обусловлено тем, что компенсатор при любом режиме работы нагрузки формирует одинаковые нерегулируемые по величине токи компенсатора (ikA, ikB, ikC). В результате этого при отклонении токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) от номинального значения, сформированные нерегулируемые токи компенсатора (ikA, ikB, ikC), не в полной мере компенсируют индуктивную составляющую токов нагрузки, из за чего увеличиваются углы сдвига фаз (ϕА, ϕB, ϕC) между потребляемыми токами (iA, iB, iC) и питающим напряжением (uА, uB, uC), что вызывает неполную компенсацию реактивной мощности нагрузки. Следствием этого является низкий коэффициент мощности KM, который уменьшается, согласно выражения (1), за счет снижения cosϕ.A disadvantage of the known three-phase reactive power compensator is the reduction of the load power factor K M when the load currents deviate (i LA , i LB , i LC ) from the nominal value. This is due to the fact that the compensator, at any load operation mode, generates the same unregulated in magnitude currents of the compensator (i kA , i kB , i kC ). As a result of this, when the load currents deviate (i LA , i LB , i LC ) from the nominal value, the unregulated compensator currents formed (i kA , i kB , i kC ) do not fully compensate the inductive component of the load currents, which increases angle of phase shift (ϕ A , ϕ B , ϕ C ) between the consumed currents (i A , i B , i C ) and the supply voltage (u A , u B , u C ), which causes incomplete compensation of the reactive power of the load. The consequence of this is the low power factor K M , which decreases, according to expression (1), due to a decrease in cosϕ.

Кроме того, в нерегулируемом компенсаторе при постоянной величине токов компенсатора (ikA, ikB, ikC), соответствующих гармонике основной частоты, происходит ухудшение формы потребляемых токов (iA, iB, iC). Это обусловлено тем, что получение синусоидальной формы потребляемых токов (iА, iB, iC) при несинусоидальной форме токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) возможно только при несинусоидальных токах компенсатора (ikA, ikB, ikC). Следствием этого является уменьшение коэффициента мощности KM за счет снижения коэффициента искажения формы кривой потребляемого тока ν.In addition, in an unregulated compensator with a constant value of the compensator currents (i kA , i kB , i kC ) corresponding to the harmonic of the fundamental frequency, the shape of the consumed currents (i A , i B , i C ) deteriorates. This is due to the fact that obtaining a sinusoidal shape of the consumed currents (i A , i B , i C ) with a non-sinusoidal shape of the load currents (i LA , i LB , i LC ) is possible only with non-sinusoidal currents of the compensator (i kA , i kB , i kC ) The consequence of this is a decrease in the power factor K M by reducing the distortion coefficient of the shape of the curve of the current consumption ν.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по максимальному количеству сходных признаков и достигаемому результату является трехфазный компенсатор реактивной мощности [Н. Akagi, Y. Kanazawa, A. Nabae. Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices without Energy Storage Components. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. IA-20, NO. 3, MAY/JUNE 1984], который повышает коэффициент мощности нагрузки KM за счет приближения фаз потребляемых токов (iA, iB, iC) к питающему напряжению (uА, uB, uC).Closest to the claimed invention in the maximum number of similar features and the achieved result is a three-phase reactive power compensator [N. Akagi, Y. Kanazawa, A. Nabae. Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices without Energy Storage Components. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. IA-20, NO. 3, MAY / JUNE 1984], which increases the load power factor K M by approaching the phases of the consumed currents (i A , i B , i C ) to the supply voltage (u A , u B , u C ).

Трехфазный компенсатор реактивной мощности содержит трехфазную нагрузку, трехфазный реактор, трехфазный автономный инвертор напряжения, источник реактивной мощности, трехфазный датчик напряжения, три датчика токов нагрузки, три датчика токов компенсатора и систему управления.A three-phase reactive power compensator contains a three-phase load, a three-phase reactor, a three-phase autonomous voltage inverter, a reactive power source, a three-phase voltage sensor, three load current sensors, three compensator current sensors and a control system.

Трехфазный автономный инвертор напряжения состоит из шести IGBT-транзисторов. Три IGBT-транзистора соединены коллекторами и образуют катодную группу инвертора, другие три IGBT-транзистора соединены эмиттерами и образую анодную группу инвертора. Эмиттеры IGBT-транзисторов катодной группы инвертора соединены с соответствующими коллекторами IGBT-транзисторов анодной группы, при этом выводы точек этого соединения являются выходами трехфазного автономного инвертора напряжения. Выводы общих точек соединения IGBT-транзисторов анодной и катодной групп образуют вход цепи постоянного тока трехфазного автономного инвертора напряжения, который является первым входом трехфазного автономного инвертора напряжения. Выводы затворов (управляющих электродов) IGBT-транзисторов образуют вход цепи управления трехфазным автономным инвертором напряжения, который является вторым входом трехфазного автономного инвертора напряжения.The three-phase autonomous voltage inverter consists of six IGBT transistors. Three IGBTs are connected by collectors and form the cathode group of the inverter, the other three IGBTs are connected by emitters and form the anode group of the inverter. The emitters of the IGBT transistors of the cathode group of the inverter are connected to the corresponding collectors of the IGBT transistors of the anode group, while the outputs of the points of this connection are outputs of a three-phase autonomous voltage inverter. The conclusions of the common connection points of the IGBT transistors of the anode and cathode groups form the input of the DC circuit of a three-phase autonomous voltage inverter, which is the first input of a three-phase autonomous voltage inverter. The terminals of the gates (control electrodes) of the IGBT transistors form the input of the control circuit of a three-phase autonomous voltage inverter, which is the second input of a three-phase autonomous voltage inverter.

Источник реактивной мощности представляет собой конденсатор.The reactive power source is a capacitor.

Система управления включает в себя два блока прямого преобразования Парка, блок обратного преобразования Парка, блок управления трехфазным автономным инвертором напряжения, шесть множителей, два делителя, два сумматора, трехфазный вычитатель и два отрицателя.The control system includes two direct conversion units of the Park, an inverse conversion unit of the Park, a control unit for a three-phase autonomous voltage inverter, six multipliers, two dividers, two adders, a three-phase subtractor and two negatives.

Трехфазная нагрузка подключена к питающей сети через датчики токов нагрузки. Соответствующие выходы трехфазного автономного инвертора напряжения через последовательно соединенные трехфазный реактор и датчики токов компенсатора также соединены с трехфазной сетью. Первый вход трехфазного автономного инвертора напряжения связан с источником реактивной мощности. Входы трехфазного датчика напряжения подключены к соответствующим фазам питающей сети, а его выходы соединены с соответствующими первыми входами первого блока прямого преобразования Парка. К соответствующим первым входам второго блока прямого преобразования Парка подключены выходы датчиков токов нагрузки. Первый выход первого блока прямого преобразования Парка соединен с входом третьего множителя, а также с вторым входом второго множителя и с первым входом второго делителя. Второй выход первого блока прямого преобразования Парка подключен к входам четвертого множителя, к второму входу первого множителя и к первому входу первого делителя. Первый и второй выходы второго блока прямого преобразования Парка соединены, соответственно, с первыми входами первого и второго множителей. Выход первого множителя подключен к входу отрицателя, выход которого подключен к первому входу первого сумматора. Выход второго множителя связан с вторым входом первого сумматора. Выход третьего и четвертого множителей подключены к первому и второму входам второго сумматора. Выход второго делителя связан через отрицатель с вторым входом пятого множителя. Выход первого делителя подключен к второму входу шестого множителя. Выход первого сумматора подключен к первым входам пятого и шестого множителя. Выходы шестого и пятого множителя соединены с первым и вторым входами блока обратного преобразования Парка, соответственно. Выходы блока обратного преобразования Парка, подключены к соответствующим инверсным входам трехфазного вычитателя. Выходы датчиков токов компенсатора соединены с прямыми входами трехфазного вычитателя. Выходы трехфазного вычитателя подключены к соответствующим входам блока управления трехфазным автономным инвертором напряжения, выход которого связан с вторым входом трехфазного автономного инвертора напряжения.The three-phase load is connected to the mains via load current sensors. The corresponding outputs of a three-phase autonomous voltage inverter through a series-connected three-phase reactor and compensator current sensors are also connected to a three-phase network. The first input of a three-phase autonomous voltage inverter is connected to a reactive power source. The inputs of the three-phase voltage sensor are connected to the corresponding phases of the supply network, and its outputs are connected to the corresponding first inputs of the first direct conversion unit of the Park. The outputs of the load current sensors are connected to the corresponding first inputs of the second direct conversion unit of the Park. The first output of the first direct conversion unit of the Park is connected to the input of the third factor, as well as to the second input of the second factor and to the first input of the second divider. The second output of the first direct conversion unit of the Park is connected to the inputs of the fourth factor, to the second input of the first factor and to the first input of the first divider. The first and second outputs of the second direct conversion unit of the Park are connected, respectively, with the first inputs of the first and second factors. The output of the first multiplier is connected to the input of the negative, the output of which is connected to the first input of the first adder. The output of the second factor is connected to the second input of the first adder. The output of the third and fourth factors are connected to the first and second inputs of the second adder. The output of the second divider is connected through a negative to the second input of the fifth factor. The output of the first divider is connected to the second input of the sixth factor. The output of the first adder is connected to the first inputs of the fifth and sixth multiplier. The outputs of the sixth and fifth factor are connected to the first and second inputs of the inverse transform block of the Park, respectively. The outputs of the inverse transform block of the Park are connected to the corresponding inverse inputs of the three-phase subtractor. The outputs of the compensator current sensors are connected to the direct inputs of a three-phase subtractor. The outputs of the three-phase subtractor are connected to the corresponding inputs of the control unit of the three-phase autonomous voltage inverter, the output of which is connected to the second input of the three-phase autonomous voltage inverter.

Устройство работает следующим образом. Сигналы питающих напряжений (u* А, u* B, u* C) и токов нагрузки (i* LA, i* LB, i* LC) с выходов трехфазного датчика напряжения и датчиков токов нагрузки подаются на входы соответствующих блоков прямого преобразования Парка. В этих блоках по величине этих сигналов рассчитываются значения проекций обобщенных векторов питающего напряжения (uα, uβ) и тока нагрузки (iLα, iLβ) на вращающиеся оси координат αβ. По этим значениям с помощью первого и второго множителя, первого отрицателя и первого сумматора рассчитывается значение реактивной мощности нагрузки q согласно выражению:The device operates as follows. Signals of supply voltages (u * A , u * B , u * C ) and load currents (i * LA , i * LB , i * LC ) from the outputs of the three-phase voltage sensor and load current sensors are fed to the inputs of the corresponding direct conversion units of the Park. In these blocks, according to the magnitude of these signals, the values of the projections of the generalized vectors of the supply voltage (u α , u β ) and the load current (i Lα , i Lβ ) onto the rotating coordinate axes αβ are calculated. Using these values, using the first and second factors, the first negative and the first adder, the value of the reactive load power q is calculated according to the expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

По значению реактивной мощности нагрузки q и значениям проекций обобщенного вектора питающего напряжения (uα, uβ) на вращающиеся оси αβ с помощью третьего, четвертого, пятого и шестого множителей, второго сумматора, второго отрицателя и делителей рассчитываются значения проекций обобщенного вектора тока компенсатора (ikα, ikβ) в соответствие с выражениями:Using the values of the reactive load power q and the values of the projections of the generalized vector of the supply voltage (u α , u β ) on the rotating axis αβ, using the third, fourth, fifth and sixth factors, the second adder, the second negative and dividers, the projection values of the generalized compensator current vector ( i kα , i kβ ) in accordance with the expressions:

Figure 00000004
Figure 00000004

В блоке обратного преобразования Парка по сигналам проекций обобщенных векторов тока компенсатора (ikα, ikβ) вычисляются заданные значения токов компенсатора (i'kA, i'kB, i'kC). С помощью трехфазного вычитателя значения заданных токов компенсатора (i'kA, i'kB, i'kC) сравнивается с сигналами его текущих значений (i* kA, i* kB, i* kC). В соответствии с этой разностью в блоке управления автономным трехфазным инвертором напряжения формируются управляющие сигналы, которые с выхода блока управления автономным трехфазным инвертором напряжения подаются на второй вход трехфазного автономного инвертора напряжения, в котором за счет энергии источника реактивной мощности формируются токи компенсатора (ikA, ikB, ikC).In the inverse transform block of the Park, the projected values of the compensator currents (i ' kA , i' kB , i ' kC ) are calculated from the projection signals of the generalized compensator current vectors (i kα , i kβ ). Using a three-phase subtractor, the values of the given compensator currents (i ' kA , i' kB , i ' kC ) are compared with the signals of its current values (i * kA , i * kB , i * kC ). In accordance with this difference, control signals are generated in the control unit of the autonomous three-phase voltage inverter, which are fed from the output of the control unit of the autonomous three-phase voltage inverter to the second input of the three-phase autonomous voltage inverter, in which compensator currents are generated due to the energy of the reactive power source (i kA , i kB , i kC ).

В случае низкого значения коэффициента мощности нагрузки KM, вызванного фазовым сдвигом между токами нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающим напряжением (uА, uB, uC), по величине этих сигналов, поступающих на входы соответствующих блоков прямого преобразования Парка, вычисляется значение реактивной мощности q потребляемой нагрузкой. По значению реактивной мощности q и значениям проекций обобщенного вектора напряжения питающей сети (uα, uβ) рассчитываются значения проекций обобщенного вектора тока компенсатора (ikα, ikβ). В блоке обратного преобразования Парка формируется сигналы заданного значения токов компенсатора (i'kA, i'kB, i'kC), определяемые только реактивной мощностью нагрузки q. Сигналы текущего (i* kA, i* kB, i* kC) и заданного значений (i'kА, i'kB, i'kC) токов компенсатора сравниваются с помощью трехфазного вычитателя, после чего в зависимости от соотношения этих сигналов происходит управление блоком автономного инвертора напряжения. Управление этим блоком заключается в формировании токов компенсатора (ikA, ikB, ikC), которые, протекая в противофазе с индуктивными составляющими токов нагрузки (iLA, iLB, iLC), компенсируют реактивную мощности нагрузки q и тем самым осуществляют приближение фаз потребляемых токов (iА, iB, iC) к питающему напряжению (uА, uB, uC). Таким образом осуществляется компенсация реактивной мощности нагрузки q (повышение коэффициента мощности), при уменьшении коэффициента мощности, вызванного фазовым сдвигом между токами нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающим напряжением (uА, uB, uC) как при номинальных токах нагрузки, так и при отклонении токов нагрузки от номинальных значений.In the case of a low value of the load power factor K M caused by a phase shift between the load currents (i LA , i LB , i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ), by the magnitude of these signals supplied to the inputs of the corresponding blocks direct conversion of the Park, the value of reactive power q consumed by the load is calculated. Using the value of the reactive power q and the values of the projections of the generalized voltage vector of the supply network (u α , u β ), the values of the projections of the generalized current vector of the compensator (i kα , i kβ ) are calculated . In the inverse transform block of the Park, signals of a given value of the compensator currents (i ' kA , i' kB , i ' kC ) are formed, which are determined only by the reactive load power q. The signals of the current (i * kA , i * kB , i * kC ) and the set values (i ' kA , i' kB , i ' kC ) of the compensator currents are compared using a three-phase subtracter, after which, depending on the ratio of these signals, the unit is controlled autonomous voltage inverter. The control of this unit consists in the formation of compensator currents (i kA , i kB , i kC ), which, flowing out of phase with the inductive components of the load currents (i LA , i LB , i LC ), compensate for the reactive power of the load q and thereby approximate phases of the consumed currents (i A , i B , i C ) to the supply voltage (u A , u B , u C ). Thus, the reactive power of the load q (increase in power factor) is compensated for when the power factor decreases due to a phase shift between the load currents (i LA , i LB , i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ) as rated load currents, and when the load currents deviate from the rated values.

При уменьшении коэффициента мощности нагрузки KM, вызванного искажением формы токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающего напряжения (uА, uB, uC), происходит изменение значений сигналов токов нагрузки (i* LA, i* LB, i* LC) и питающего напряжения (u* А, u* B, u* C), т.е. в форме этих сигналов появляются составляющие высших гармоник. В результате этого на выходе блоков прямого преобразования Парка изменяются вычисленные значения проекций обобщенных векторов питающего напряжения и токов нагрузки, которые также имеют гармонические составляющие. По этим значениям рассчитывается величина реактивной мощности нагрузки q согласно выражению (3).When the load power factor K M decreases, caused by the distortion of the shape of the load currents (i LA , i LB , i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ), the signal values of the load currents (i * LA , i * LB , i * LC ) and supply voltage (u * A , u * B , u * C ), i.e. in the form of these signals appear components of higher harmonics. As a result of this, the calculated values of the projections of the generalized supply voltage vectors and load currents, which also have harmonic components, change at the output of the direct conversion blocks of the Park. Based on these values, the value of the reactive load power q is calculated according to expression (3).

Допустим что, питающие напряжения (uА, uB, uC) и токи нагрузки (iLA, iLB, iLC) содержат составляющие первой (основной) и третьей гармоник. Тогда значение реактивной мощности нагрузки, рассчитанное по выражению (3), примет вид:Suppose that the supply voltage (u A , u B , u C ) and the load currents (i LA , i LB , i LC ) contain the components of the first (main) and third harmonics. Then the value of the reactive power of the load, calculated by the expression (3), will take the form:

Figure 00000005
Figure 00000005

где q1 - реактивная мощность основной гармоники нагрузки,where q 1 - reactive power of the fundamental harmonic of the load,

q3 - реактивная мощность третьей (высшей) гармоники нагрузки,q 3 - reactive power of the third (highest) load harmonic,

Figure 00000006
- дополнительная составляющая реактивной мощности нагрузки.
Figure 00000006
- an additional component of the reactive power of the load.

В общем случае при несинусоидальной нагрузке значение реактивной мощности нагрузки q, рассчитанное по формуле (3), примет вид:In the General case, with a non-sinusoidal load, the value of the reactive power of the load q, calculated according to the formula (3), will take the form:

Figure 00000007
Figure 00000007

где q1 - реактивная мощность основной гармоники нагрузки,where q 1 - reactive power of the fundamental harmonic of the load,

Figure 00000008
- суммарная реактивная мощность высших гармоник нагрузки,
Figure 00000008
- total reactive power of the higher harmonics of the load,

qд - дополнительная составляющая реактивной мощности нагрузки.q d - an additional component of the reactive power of the load.

Из выражения (6) следует, что известное устройство для компенсации реактивной мощности не в полной мере компенсирует реактивную мощность нагрузки поскольку при вычислении реактивной мощности нагрузки не учитывается дополнительная составляющая мощности нагрузки qд. Соответственно, токи компенсатора (ikА, ikB, ikC), определяемые рассчитанной реактивной мощностью нагрузки q, при сложении с токами нагрузки (iLA, iLB, iLC) не полностью компенсируют высшие гармонические составляющие этих токов.From the expression (6) it follows that the known device for reactive power compensation does not fully compensate for the reactive power of the load since when calculating the reactive power of the load, the additional component of the load power q d is not taken into account. Accordingly, the currents of the compensator (i kA , i kB , i kC ), determined by the calculated reactive power of the load q, when added to the load currents (i LA , i LB , i LC ) do not fully compensate for the higher harmonic components of these currents.

Таким образом, достоинством известного устройства является высокий коэффициент мощности KM при номинальных значениях токов нагрузки (iLA, iLB, iLC), а также при отклонении токов нагрузки от номинальных значений. Это обусловлено полной компенсацией реактивной мощности нагрузки q за счет приближения фаз питающих токов (iА, iB, iC) к питающему напряжению (uА, uB, uC).Thus, the advantage of the known device is its high power factor K M at nominal values of the load currents (i LA , i LB , i LC ), as well as when the load currents deviate from the nominal values. This is due to full compensation of the reactive power of the load q due to the approximation of the phases of the supply currents (i A , i B , i C ) to the supply voltage (u A , u B , u C ).

Недостаток известного трехфазного компенсатора реактивной мощности заключается в недостаточно высоком коэффициенте мощности KM при искажение формы токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающего напряжения (uА, uB, uC), вызванного наличием в их форме гармонических составляющих. Это обусловлено тем, что искажение формы токов нагрузки (iLА, iLB, iLC) и питающего напряжения (uА, uB, uC) приводит к появлению дополнительной составляющей qд реактивной мощности нагрузки q рассчитанной по выражению (3. В результате этого, сформированные токи компенсатора (ikA, ikB, ikC), определяемые рассчитанной реактивной мощностью нагрузки q, не полностью компенсируют гармонические составляющие несинусоидальных токов нагрузки (iLA, iLB, iLC). Из-за этого потребляемые токи (iА, iB, iC) сохраняют свою несинусоидальную форму. В результате этого происходит уменьшение коэффициента мощности KM за счет снижения коэффициента искажения формы кривой потребляемого тока ν.A disadvantage of the known three-phase reactive power compensator is the insufficiently high power factor K M with distortion of the shape of the load currents (i LA , i LB , i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ) caused by the presence of harmonic components in their form . This is due to the fact that the distortion of the shape of the load currents (i LA , i LB, i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ) leads to the appearance of an additional component q d reactive load power q calculated by the expression (3. V As a result of this, the generated compensator currents (i kA , i kB , i kC ), determined by the calculated reactive power of the load q, do not fully compensate for the harmonic components of the non-sinusoidal load currents (i LA , i LB, i LC ). i A, i B, i C) remain non-sinusoidal shape. As a result, direct comes power reduction coefficient K M by reducing the consumed current waveform distortion coefficient ν.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в разработке трехфазного компенсатора реактивной мощности, в котором обеспечивается достижение высокого значения коэффициента мощности нагрузки KM при его уменьшении, вызванного фазовым сдвигом между токами нагрузки (iLА, iLB, iLC) и питающим напряжением (uА, uB, uC) как при номинальных токах нагрузки, так и при отклонении токов нагрузки от номинальных значений, а также искажением формы токов нагрузки (iLА, iLB, iLC) и питающего напряжения (uА, uB, uC), вызванного наличием в них гармонических составляющих.The basis of the invention is the task of developing a three-phase reactive power compensator, which ensures the achievement of a high value of the load power factor KM when it decreases, caused by a phase shift between the load currents (iLA, iLb, iLC) and supply voltage (uBUT, uB, uC) both at rated load currents, and when the load currents deviate from the nominal values, as well as distortion of the shape of the load currents (iLA, iLb, iLC) and supply voltage (uBUT, uB, uC) caused by the presence of harmonic components in them.

Для решения поставленной задачи в известном трехфазном компенсаторе реактивной мощности, содержащем трехфазную нагрузку, трехфазный реактор, трехфазный автономный инвертор напряжения, источник реактивной мощности, датчик трехфазного напряжения, три датчика токов нагрузки, три датчика токов компенсатора, систему управления, включающую в себя два блока прямого преобразования Парка, блок обратного преобразования Парка, трехфазный вычитатель, блок управления трехфазным автономным инвертором напряжения, при этом трехфазная нагрузка подключена к питающей сети через датчики токов нагрузки, соответствующие выходы трехфазного автономного инвертора напряжения через последовательно соединенные трехфазный реактор и датчики токов компенсатора также подключены к питающей сети, первый вход трехфазного автономного инвертора напряжения подключен к источнику реактивной мощности, входы датчиков напряжения подключены к фазам питающей сети, а их выходы соединены с соответствующими первыми входами первого блока прямого преобразования Парка, к соответствующим первым входам второго блока прямого преобразования Парка, подключены выходы датчиков токов нагрузки, выход блока управления трехфазным автономным инвертором напряжения подключен к второму входу трехфазного автономного инвертора напряжения, входы блока управления трехфазным автономным инвертором напряжения подключены к выходам трехфазного вычитателя, первые входы которого подключены к выходам датчиков токов компенсатора, согласно изобретению, в систему управления дополнительно введены третий блок прямого преобразования Парка, второй блок обратного преобразования Парка, три фильтра низких частот, PI регулятор, второй трехфазный вычитатель, при этом первый и второй выходы первого блока прямого преобразования Парка подключены через фильтры низких частот, соответственно, к первому и второму входу первого блока обратного преобразования Парка, выходы которого присоединены к соответствующим первым входам третьего блока прямого преобразования Парка, второй выход которого подключен к входу PI регулятора, выход PI регулятора подключен к вторым входам второго и третьего блока прямого преобразования Парка и к входам второго блока обратного преобразования Парка, выходы которого подключены к соответствующим инверсным входам первого трехфазного вычитателя, первый выход второго блока прямого преобразования Парка через фильтр низких частот подключен к первому входу второго блока обратного преобразования Парка, прямые входы первого трехфазного вычитателя подключены к выходам датчиков токов нагрузки, выходы первого трехфазного вычитателя подключены к соответствующим инверсным входам второго трехфазного вычитателя.To solve this problem in the well-known three-phase reactive power compensator containing a three-phase load, a three-phase reactor, a three-phase autonomous voltage inverter, a reactive power source, a three-phase voltage sensor, three load current sensors, three compensator current sensors, a control system that includes two direct blocks Park conversion, Park inverse conversion unit, three-phase subtractor, three-phase autonomous voltage inverter control unit, with a three-phase load under It is connected to the mains through load current sensors, the corresponding outputs of a three-phase autonomous voltage inverter through series-connected three-phase reactors and compensator current sensors are also connected to the mains, the first input of the three-phase autonomous voltage inverter is connected to the reactive power source, the inputs of the voltage sensors are connected to the phases of the mains , and their outputs are connected to the corresponding first inputs of the first direct conversion unit of the Park, to the corresponding first inputs of the WTO of the direct Park conversion unit, the outputs of the load current sensors are connected, the output of the three-phase autonomous voltage inverter control unit is connected to the second input of the three-phase autonomous voltage inverter, the inputs of the three-phase autonomous voltage inverter control unit are connected to the outputs of the three-phase subtractor, the first inputs of which are connected to the outputs of the compensator current sensors according to the invention, a third Park direct conversion unit, a second reverse unit, are additionally introduced into the control system about the Park conversion, three low-pass filters, PI controller, the second three-phase subtractor, while the first and second outputs of the first direct conversion unit of the Park are connected through low-pass filters, respectively, to the first and second input of the first inverse conversion unit of the Park, the outputs of which are connected to corresponding to the first inputs of the third direct conversion unit of the Park, the second output of which is connected to the input of the PI controller, the output of the PI controller is connected to the second inputs of the second and third direct conversion unit of the Park and to the inputs of the second inverse conversion unit of the Park, whose outputs are connected to the corresponding inverse inputs of the first three-phase subtractor, the first output of the second direct conversion unit of the Park through a low-pass filter is connected to the first input of the second inverse conversion unit of the Park, the direct inputs of the first three-phase subtractor are connected to the outputs of the load current sensors, the outputs of the first three-phase subtractor are connected to the corresponding inverse inputs of the second three-phase subtractor.

Введение в трехфазный компенсатор реактивной мощности новых блоков и образование новых взаимосвязей между блоками устройства являются существенными отличительными признаками и свидетельствуют о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».The introduction into the three-phase compensator of reactive power of new units and the formation of new relationships between the units of the device are significant distinguishing features and indicate the compliance of the proposed solution to the patentability criterion of the invention of "novelty".

Введение в трехфазный компенсатор реактивной мощности совокупности новых блоков: блока прямого преобразования Парка, блока обратного преобразования Парка, трех фильтров низких частот, PI регулятор, трехфазный вычитатель и новые взаимосвязи блоков обеспечивают достижение высокого значения коэффициента мощности нагрузки KM при его уменьшении, вызванного фазовым сдвигом между токами нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающим напряжением (uА, uВ, uC) как при номинальных токах нагрузки, так и при отклонении токов нагрузки от номинальных значений, а также искажением формы токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающего напряжения (uА, uВ, uC), вызванного наличием в них гармонических составляющих.Introduction to a three-phase reactive power compensator a combination of new units: a direct Park conversion unit, a Park inverse conversion unit, three low-pass filters, a PI regulator, a three-phase subtractor and new unit interconnections ensure a high value of the load power factor K M when it decreases due to a phase shift between the load currents (i LA , i LB , i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ) both at the rated load currents and when the load currents deviate from the rated values, and also by distorting the shape of the load currents (i LA , i LB , i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ) caused by the presence of harmonic components in them.

Достижение высокого значения коэффициента мощности нагрузки KM обусловлено тем, что направленные противофазно высшим гармоническим составляющим и реактивным составляющим токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) токи компенсатора (ikA, ikB, ikC) компенсирует их, что приводит к одновременному приближению потребляемых токов (iA, iB, iC) к синусоидальной форме и приближению их фаз к питающему напряжению (uА, uB, uC). Это, в свою очередь, увеличивает коэффициент мощности KM за счет увеличения cosϕ и коэффициента искажения формы кривой потребляемого тока υ.Achieving a high power factor load K M is because directed antiphase higher harmonic components and reactive components of the load currents (i LA, i LB, i LC) currents compensator (i kA, i kB, i kC) compensates them, resulting in the simultaneous approximation of the consumed currents (i A , i B , i C ) to a sinusoidal form and the approximation of their phases to the supply voltage (u A , u B , u C ). This, in turn, increases the power factor K M by increasing cosϕ and the distortion coefficient of the shape of the curve of the current consumption υ.

Причинно-следственная связь «Введение в трехфазный компенсатор реактивной мощности совокупности новых блоков: блока прямого преобразования Парка, блока обратного преобразования Парка, трех фильтров низких частот, PI регулятор, трехфазный вычитатель и новые взаимосвязи блоков обеспечивают достижение высокого значения коэффициента мощности нагрузки KM при его уменьшении, вызванного фазовым сдвигом между токами нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающим напряжением (uА, uв, uC) как при номинальных токах нагрузки, так и при отклонении токов нагрузки от номинальных значений, а также искажением формы токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающего напряжения (uА, uB, uC), вызванного наличием в них гармонических составляющих», не обнаружена в уровне техники, следовательно, она явным образом не следует из уровня техники. Следовательно, она является новой и заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Causal relationship “Introduction to a three-phase reactive power compensator of a set of new units: a direct Park conversion unit, a Park inverse conversion unit, three low-pass filters, a PI controller, a three-phase subtractor and new unit interconnections ensure a high value of the load power factor KM when it decreases, caused by a phase shift between the load currents (iLA, iLb, iLC) and supply voltage (uBUT, uat, uC) both at rated load currents, and when the load currents deviate from the nominal values, as well as distortion of the shape of the load currents (iLA, iLb, iLC) and supply voltage (uBUT, uB, uC), caused by the presence of harmonic components in them ", is not found in the prior art, therefore, it does not explicitly follow from the prior art. Therefore, it is new and the claimed solution meets the criterion of patentability of the invention "inventive step".

На фиг представлена схема трехфазного компенсатора реактивной мощности.In Fig presents a diagram of a three-phase reactive power compensator.

Трехфазный компенсатор реактивной мощности содержит трехфазную нагрузку 1, систему управления 2, трехфазный датчик напряжения 3, датчики токов нагрузки 4 и компенсатора 5, трехфазный реактор 6, трехфазный автономный инвертор напряжения 7, источник реактивной мощности 8.A three-phase reactive power compensator contains a three-phase load 1, a control system 2, a three-phase voltage sensor 3, load current sensors 4 and a compensator 5, a three-phase reactor 6, a three-phase autonomous voltage inverter 7, a reactive power source 8.

Система управления 2 включает в себя блоки прямого преобразования Парка 9, 10, 11, фильтры низких частот 12, 13, 14, блоки обратного преобразования Парка 15, 16, PI регулятор 17, трехфазные вычитатели 18, 19 и блок управления автономным инвертором напряжения 20.The control system 2 includes direct conversion units of Park 9, 10, 11, low-pass filters 12, 13, 14, reverse conversion units of Park 15, 16, PI controller 17, three-phase subtractors 18, 19 and a control unit for an autonomous voltage inverter 20.

Питающая сеть представлена генератором, включенным последовательно с трехфазной линией, имеющей активно индуктивный характер сопротивления.The supply network is represented by a generator connected in series with a three-phase line, which has an actively inductive character of resistance.

Трехфазная нагрузка 1 подключена к питающей сети через датчики токов нагрузки 4. Соответствующие выходы трехфазного автономного инвертора напряжения 7 через последовательно соединенные трехфазный реактор 6 и датчики токов компенсатора 5 также подключены к питающей сети. Вход цепи постоянного тока трехфазного автономного инвертора напряжения 7 подключен к источнику реактивной мощности 8. Входы датчиков напряжения 3 подключены к фазам питающей сети, а их выходы соединены с соответствующими первыми входами первого блока прямого преобразования Парка 9, которые являются первыми входами системы управления. К соответствующим первым входам второго блока прямого преобразования Парка 11, которые являются вторыми входами системы управления, подключены выходы датчиков токов нагрузки 4. Выход блока управления трехфазным автономным инвертором напряжения 20, являются выходом системы управления который подключен к входу цепи управления трехфазного автономного инвертора напряжения 7. Входы блока управления трехфазным автономным инвертором напряжения 20 подключены к выходам второго трехфазного вычитателя 19, первые входы которого является третьими входами системы управления и подключены к выходам датчиков токов компенсатора 5. Первый и второй выходы первого блока прямого преобразования Парка 9 подключены через фильтры низких частот 12, 13, соответственно, к первому и второму входу первого блока обратного преобразования Парка 15, выходы которого присоединены к соответствующим первым входам третьего блока прямого преобразования Парка 10, второй выход которого подключен к входу PI регулятора 17. Выход PI регулятора 17 подключен к вторым входам второго 11 и третьего 10 блока прямого преобразования Парка и второго блока обратного преобразования Парка 16, выходы которого подключены к соответствующим инверсным входам первого трехфазного вычитателя 18. Первый выход второго блока прямого преобразования Парка 11 через фильтр низких частот 14 подключен к первому входу второго блока обратного преобразования Парка 16. Прямые входы первого трехфазного вычитателя 18 подключены к выходам датчиков токов нагрузки 4, выходы первого трехфазного вычитателя 18 подключены к соответствующим инверсным входам второго трехфазного вычитателя 19.The three-phase load 1 is connected to the mains through the load current sensors 4. The corresponding outputs of the three-phase autonomous voltage inverter 7 through the three-phase reactor 6 connected in series and the current sensors of the compensator 5 are also connected to the mains. The DC input of a three-phase autonomous voltage inverter 7 is connected to a reactive power source 8. The inputs of the voltage sensors 3 are connected to the phases of the supply network, and their outputs are connected to the corresponding first inputs of the first direct conversion unit of Park 9, which are the first inputs of the control system. The outputs of the load current sensors 4 are connected to the corresponding first inputs of the second direct conversion unit of Park 11, which are the second inputs of the control system. The output of the control unit for the three-phase autonomous voltage inverter 20 is the output of the control system that is connected to the input of the control circuit of the three-phase autonomous voltage inverter 7. The inputs of the control unit three-phase autonomous voltage inverter 20 are connected to the outputs of the second three-phase subtractor 19, the first inputs of which are third control system moves and are connected to the outputs of the compensator current sensors 5. The first and second outputs of the first direct conversion unit of Park 9 are connected through low-pass filters 12, 13, respectively, to the first and second input of the first inverse conversion unit of Park 15, the outputs of which are connected to the corresponding the first inputs of the third direct conversion unit of Park 10, the second output of which is connected to the input of the PI controller 17. The output of the PI controller 17 is connected to the second inputs of the second 11 and third 10 of the direct conversion unit Park and the second inverse transform block of Park 16, the outputs of which are connected to the corresponding inverse inputs of the first three-phase subtractor 18. The first output of the second direct transform block of Park 11 through the low-pass filter 14 is connected to the first input of the second inverse transform block of Park 16. Direct inputs of the first three-phase the subtractor 18 is connected to the outputs of the sensors of the load currents 4, the outputs of the first three-phase subtractor 18 are connected to the corresponding inverse inputs of the second three-phase subtractor 19.

Трехфазный компенсатор реактивной мощности работает следующим образом.Three-phase reactive power compensator operates as follows.

Сигналы питающего напряжения (u* А, u* B, u* C) подаются на входы первого блока прямого преобразования Парка, в котором по величине этих сигналов рассчитываются значения проекций обобщенного вектора напряжения (uα, uβ) на вращающиеся оси координат αβ. С помощью фильтра низких частот из этих сигналов выделяются постоянные составляющие проекций напряжения

Figure 00000009
на вращающиеся оси, которые подаются на входы первого блока обратного преобразования Парка, на выходе которого формируются сигналы, соответствующие прямой последовательности напряжений основной частоты
Figure 00000010
Эти сигналы подаются на третий блок прямого преобразования Парка, на выходах которого формируются сигналы проекций обобщенного вектора прямой последовательности напряжений основной частоты
Figure 00000011
на вращающиеся оси αβ. Сигнал проекции обобщенного вектора прямой последовательности напряжений основной частоты
Figure 00000012
на вращающуюся ось β подается на вход PI регулятора в котором в зависимости от величины этого сигнала рассчитываются значение фазового угла θ, добавляемого к фазе вращающейся системы координат. За счет этого происходит фазовая автоподстройка вращающейся системы координат αβ и обобщенного вектора прямой последовательности напряжений основной частоты
Figure 00000013
, в результате чего определяется фаза прямой последовательности напряжений основной частоты
Figure 00000014
Значение угла
Figure 00000015
подается на вторые блоки прямого и обратного преобразования Парка. В втором блоке прямого преобразования Парка рассчитываются значения проекций обобщенного вектора тока нагрузки (iLα, iLβ) на вращающиеся оси. Значение сигнала проекции на вращающуюся ось α обобщенного вектора тока нагрузки iLα подается на вход фильтра низких частот, где выделяется постоянная составляющая проекции на эту ось
Figure 00000016
. На выходе второго блока обратного преобразования Парка по величине постоянной составляющей проекции тока нагрузки
Figure 00000016
на вращающуюся ось α и значению
Figure 00000017
фазы прямой последовательности напряжений основной частоты формируются сигналы соответствующие заданному значению потребляемых токов (i'A, i'B, i'C). Эти сигналы пропорциональны активной мощности нагрузки p и совпадают по фазе с прямой последовательностью напряжений основной частоты
Figure 00000018
На выходе первого трехфазного вычитателя формируются сигналы заданного значения токов компенсатора (i'kA, i'kB, i'kС), обеспечивающие приближение фаз потребляемых токов (iA, iB, iC) к фазам питающего напряжения (uА, uB, uC), а также улучшение формы потребляемых токов (iА, iB, iC). С помощью второго трехфазного вычитателя заданное значение токов компенсатора (i'kA, i'kB, i'kС) сравнивается с сигналами их текущих значений (i* kA, i* kB, i* kС). В соответствии с этой разностью в блоке управления автономным трехфазным инвертором напряжения формируются управляющие сигналы, которые с выхода блока управления трехфазным автономным инвертором напряжения подаются на вход цепи управления трехфазного автономного инвертора напряжения, в котором за счет энергии источника реактивной мощности формируются токи компенсатора (ikA, ikB, ikC).Signals of the supply voltage (u * A , u * B , u * C ) are fed to the inputs of the first direct conversion unit of the Park, in which the values of the projections of the generalized voltage vector (u α , u β ) are calculated on the rotating coordinate axes αβ. Using a low-pass filter, the DC components of the voltage projections are extracted from these signals.
Figure 00000009
on rotating axes, which are fed to the inputs of the first inverse transform block of the Park, at the output of which signals corresponding to the direct sequence of voltages of the main frequency are formed
Figure 00000010
These signals are fed to the third direct conversion unit of the Park, at the outputs of which the signals of the projections of the generalized vector of the direct sequence of voltage of the fundamental frequency are formed
Figure 00000011
on the rotating axis αβ. Projection signal of a generalized vector of a direct sequence of stresses of the fundamental frequency
Figure 00000012
on the rotating axis β is fed to the input of the PI controller in which, depending on the magnitude of this signal, the value of the phase angle θ is added to the phase of the rotating coordinate system. Due to this, there is a phase-locked loop of the rotating coordinate system αβ and the generalized vector of the direct sequence of stresses of the fundamental frequency
Figure 00000013
as a result of which the phase of the direct sequence of voltages of the fundamental frequency is determined
Figure 00000014
Angle value
Figure 00000015
fed to the second blocks of the direct and inverse transform of the Park. In the second direct conversion block of the Park, the projection values of the generalized load current vector (i Lα , i Lβ ) on the rotating axes are calculated . The value of the projection signal onto the rotating axis α of the generalized load current vector i Lα is fed to the input of the low-pass filter, where the constant component of the projection onto this axis is extracted
Figure 00000016
. At the output of the second inverse transform block of the Park in terms of the constant component of the projection of the load current
Figure 00000016
on the rotary axis α and the value
Figure 00000017
phase of a direct sequence of voltages of the main frequency, signals are generated corresponding to a given value of the consumed currents (i ' A , i' B , i ' C ). These signals are proportional to the active load power p and coincide in phase with a direct sequence of voltages of the fundamental frequency
Figure 00000018
At the output of the first three-phase subtracter, signals of a given value of the compensator currents (i ' kA , i' kB , i ' kC ) are generated, which ensure the approximation of the phases of the consumed currents (i A , i B , i C ) to the phases of the supply voltage (u A , u B , u C ), as well as improving the shape of the consumed currents (i A , i B , i C ). Using the second three-phase subtractor, the set value of the compensator currents (i ' kA , i' kB , i ' kC ) is compared with the signals of their current values (i * kA , i * kB , i * kC ). In accordance with this difference, control signals are generated in the control unit of the autonomous three-phase voltage inverter, which are fed from the output of the control unit of the three-phase autonomous voltage inverter to the input of the control circuit of the three-phase autonomous voltage inverter, in which compensator currents are generated due to the energy of the reactive power source (i kA , i kB , i kC ).

При уменьшении коэффициента мощности, вызванного фазовым сдвигом между токами нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающим напряжением (uА, uB, uC), а также искажением формы токов нагрузки (iLA, iLB, iLC) и питающего напряжения (uА, uB, uC), происходит изменение значений сигналов токов нагрузки (i* LA, i* LB, i* LC) и питающих напряжений (u* А, u* B, u* C), поступающих на входы блоков прямого преобразования Парка. В этих сигналах появляются реактивные составляющие и составляющие высших гармоник. На выходе этих блоков изменяются вычисленные значения проекций обобщенных векторов напряжения (uα, uβ) и токов нагрузки (iLα, iLβ) на вращающиеся оси αβ.With a decrease in power factor caused by a phase shift between the load currents (i LA , i LB , i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ), as well as the distortion of the shape of the load currents (i LA , i LB , i LC ) and the supply voltage (u A , u B , u C ), the values of the signals of the load currents (i * LA , i * LB , i * LC ) and the supply voltages (u * A , u * B , u * C ) change arriving at the inputs of the direct conversion blocks of the Park. In these signals appear reactive components and components of higher harmonics. At the output of these blocks, the calculated values of the projections of the generalized voltage vectors (u α , u β ) and load currents (i Lα , i Lβ ) onto the rotating axes αβ change .

Однако постоянные составляющие этих проекций

Figure 00000019
остаются неизменными. За счет этого остаются неизменными рассчитанные значение
Figure 00000020
фазы прямой последовательности напряжений основной частоты и постоянная составляющая проекции обобщенного вектора тока нагрузки
Figure 00000016
на вращающуюся ось α. В результате этого, на выходе второго блока обратного преобразования Парка формируются сигналы, пропорциональные активной мощности нагрузки p и совпадающие по фазе с прямой последовательностью напряжений основной частоты
Figure 00000021
что соответствует заданным значениям потребляемых токов (i'А, i'B, i'C). Заданные значения токов компенсатора (i'kA, i'kB, i'kC) определяются как разность между заданными значениями потребляемых токов (i'A, i'B, i'C) и значениями сигналов токов нагрузки (i* LA, i* LB, i* LC). Сигналы текущего (i* kA, i* kB, ikC) и заданного (i'kA, i'kB, i'kC) значений токов компенсатора сравниваются с помощью трехфазного вычитателя. Полученная разность подается на блок управления трехфазным автономным инвертором напряжения. В зависимости от ее величины в блоке управления трехфазным автономным инвертором напряжения формируются сигналы для управления трехфазным автономным инвертором напряжения. Управление трехфазным автономным инвертором напряжения заключается в формировании токов компенсатора (ikА, ikB, ikC), которые складываясь с токами нагрузки (iLA, iLB, iLC), формируют синусоидальные потребляемые токи (iA, iB, iC), тем самым осуществляют приближение фазы потребляемых токов (iA, iB, iC) к фазе питающего напряжения (uА, uB, uC).However, the constant components of these projections
Figure 00000019
remain unchanged. Due to this, the calculated values remain unchanged.
Figure 00000020
phases of the direct sequence of voltages of the fundamental frequency and the constant component of the projection of the generalized load current vector
Figure 00000016
on the rotating axis α. As a result of this, at the output of the second inverse transform block of the Park, signals are generated proportional to the active load power p and coinciding in phase with the direct sequence of main frequency voltages
Figure 00000021
which corresponds to the set values of the consumed currents (i ' A , i' B , i ' C ). The set values of the compensator currents (i ' kA , i' kB , i ' kC ) are defined as the difference between the set values of the consumed currents (i' A , i ' B , i' C ) and the values of the signals of the load currents (i * LA , i * LB , i * LC ). The signals of the current (i * kA , i * kB , i kC ) and the given (i ' kA , i' kB , i ' kC ) values of the compensator currents are compared using a three-phase subtractor. The resulting difference is fed to the control unit three-phase autonomous voltage inverter. Depending on its value, signals are generated in the control unit for a three-phase autonomous voltage inverter to control a three-phase autonomous voltage inverter. The control of a three-phase autonomous voltage inverter consists in the formation of compensator currents (i kA , i kB , i kC ), which, combined with the load currents (i LA, i LB , i LC ), form sinusoidal current consumption (i A , i B , i C ), thereby realizing the approximation of the phase of the consumed currents (i A , i B , i C ) to the phase of the supply voltage (u A , u B , u C ).

Так осуществляется полная компенсации реактивной мощности нагрузки q, а также приближение формы потребляемых токов (iA, iB, iC) и питающих напряжений (uА, uB, uC) к синусоидальной, что в целом приводит к высокому значению коэффициента мощности нагрузки KM.Thus, complete compensation of the reactive power of the load q is carried out, as well as the approximation of the shape of the consumed currents (i A , i B , i C ) and supply voltages (u A , u B , u C ) to sinusoidal, which generally leads to a high power factor load K M.

Опытный образец трехфазного компенсатора реактивной мощности испытан в электроаппаратном цехе депо Белогорск Забайкальской железной дороги. Испытания показали, что коэффициент мощности потребителя цеха составляет 0,998 при различных режимах (токах) нагрузки потребителей, превышая на 3% этот показатель по сравнению с прототипом.A prototype of a three-phase reactive power compensator was tested in the electric equipment shop of the Belogorsk depot of the Transbaikal Railway. Tests showed that the power factor of the consumer of the shop is 0.998 under various modes (currents) of the load of consumers, exceeding by 3% this figure compared with the prototype.

Claims (1)

Трехфазный компенсатор реактивной мощности, содержащий трехфазную нагрузку, трехфазный реактор, трехфазный автономный инвертор напряжения, источник реактивной мощности, трехфазный датчик напряжения, три датчика токов нагрузки, три датчика токов компенсатора, систему управления, включающую в себя два блока прямого преобразования Парка, блок обратного преобразования Парка, трехфазный вычитатель, блок управления трехфазным автономным инвертором напряжения, при этом трехфазная нагрузка подключена к трехфазной сети через датчики токов нагрузки, соответствующие выходы трехфазного автономного инвертора напряжения через последовательно соединенные трехфазный реактор и датчики токов компенсатора также подключены к питающей сети, вход цепи постоянного тока трехфазного автономного инвертора напряжения подключен к источнику реактивной мощности, входы датчиков напряжения подключены к фазам питающей сети напряжения, а их выходы соединены с соответствующими первыми входами первого блока прямого преобразования Парка, к соответствующим первым входам второго блока прямого преобразования Парка подключены выходы датчиков токов нагрузки, выход блока управления трехфазным автономным инвертором напряжения подключен к входу цепи управления трехфазного автономного инвертора напряжения, входы блока управления трехфазным автономным инвертором напряжения подключены к выходам трехфазного вычитателя, прямые входы которого подключены к выходам датчиков токов компенсатора, отличающийся тем, что в системе управления дополнительно введены третий блок прямого преобразования Парка, второй блок обратного преобразования Парка, три фильтра низких частот, PI регулятор, второй трехфазный вычитатель, при этом первый и второй выходы первого блока прямого преобразования Парка подключены через фильтры низких частот соответственно к первому и второму входам первого блока обратного преобразования Парка, выходы которого присоединены к соответствующим первым входам третьего блока прямого преобразования Парка, второй выход которого подключен к входу PI регулятора, выход PI регулятора подключен к вторым входам второго и третьего блока прямого преобразования Парка и второго блока обратного преобразования Парка, выходы которого подключены к соответствующим инверсным входам первого трехфазного вычитателя, первый выход второго блока прямого преобразования Парка через фильтр низких частот подключен к первому входу второго блока обратного преобразования Парка, прямые входы первого трехфазного вычитателя подключены к выходам датчиков токов нагрузки, выходы первого трехфазного вычитателя подключены к соответствующим инверсным входам второго трехфазного вычитателя.A three-phase reactive power compensator containing a three-phase load, a three-phase reactor, a three-phase autonomous voltage inverter, a reactive power source, a three-phase voltage sensor, three load current sensors, three compensator current sensors, a control system that includes two Park direct conversion units, an inverse conversion unit Park, three-phase subtractor, control unit for a three-phase autonomous voltage inverter, while the three-phase load is connected to the three-phase network via current sensors loads corresponding to the outputs of a three-phase autonomous voltage inverter through a series-connected three-phase reactor and compensator current sensors are also connected to the supply network, the DC input of the three-phase autonomous voltage inverter is connected to the reactive power source, the inputs of the voltage sensors are connected to the phases of the voltage supply network, and their outputs connected to the corresponding first inputs of the first block of direct conversion of the Park, to the corresponding first inputs of the second block of direct of the Park’s transformations, the outputs of the load current sensors are connected, the output of the three-phase autonomous voltage inverter control unit is connected to the input of the three-phase autonomous voltage inverter control circuit, the inputs of the three-phase autonomous voltage inverter control unit are connected to the outputs of the three-phase subtracter, the direct inputs of which are connected to the outputs of the compensator current sensors, characterized in that the third block of direct conversion of the Park, the second block of the inverse transformation are additionally introduced in the control system Park, three low-pass filters, PI controller, a second three-phase subtractor, while the first and second outputs of the first direct conversion unit of the Park are connected through low-pass filters to the first and second inputs of the first inverse conversion unit of the Park, the outputs of which are connected to the corresponding first inputs the third direct conversion unit of the Park, the second output of which is connected to the input of the PI controller, the output of the PI controller is connected to the second inputs of the second and third direct conversion unit the arch and the second block of the inverse transform of the Park, the outputs of which are connected to the corresponding inverse inputs of the first three-phase subtractor, the first output of the second block of the direct conversion of the Park through a low-pass filter is connected to the first input of the second block of the inverse transform of the Park, the direct inputs of the first three-phase subtractor are connected to the outputs of the current sensors loads, the outputs of the first three-phase subtractor are connected to the corresponding inverse inputs of the second three-phase subtractor.
RU2017143752A 2017-12-13 2017-12-13 Three-phase reactive power compensator RU2677628C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143752A RU2677628C1 (en) 2017-12-13 2017-12-13 Three-phase reactive power compensator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143752A RU2677628C1 (en) 2017-12-13 2017-12-13 Three-phase reactive power compensator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2677628C1 true RU2677628C1 (en) 2019-01-18

Family

ID=65025241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143752A RU2677628C1 (en) 2017-12-13 2017-12-13 Three-phase reactive power compensator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677628C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110601216A (en) * 2019-09-16 2019-12-20 齐齐哈尔市君威节能科技有限公司 Intelligent tracking limit compensator capable of automatically adjusting reactance

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2239271C1 (en) * 2003-01-13 2004-10-27 Дальневосточный государственный университет путей сообщения Reactive power three-phase compensator
WO2010033959A1 (en) * 2008-09-22 2010-03-25 Siemens Industry, Inc. Systems, devices and methods for managing reactive power

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2239271C1 (en) * 2003-01-13 2004-10-27 Дальневосточный государственный университет путей сообщения Reactive power three-phase compensator
WO2010033959A1 (en) * 2008-09-22 2010-03-25 Siemens Industry, Inc. Systems, devices and methods for managing reactive power

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110601216A (en) * 2019-09-16 2019-12-20 齐齐哈尔市君威节能科技有限公司 Intelligent tracking limit compensator capable of automatically adjusting reactance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Acuna et al. A single-objective predictive control method for a multivariable single-phase three-level NPC converter-based active power filter
Varschavsky et al. Cascaded nine-level inverter for hybrid-series active power filter, using industrial controller
EP3176934B1 (en) Power conversion device
JP2019530418A (en) Three-phase converter and three-phase converter control method
JP6730946B2 (en) Power converter controller
CN103904909A (en) Double-PWM frequency converter integrated coordinated control system based on fractional order control
JP2017118643A (en) Self-excited reactive power compensator
EP0610058B1 (en) Device for suppressing voltage fluctuation and higher harmonics
JP5147624B2 (en) Inverter device
Waware et al. A review of multilevel inverter based active power filter
JP2017118635A (en) Self-excited reactive power compensator
RU2677628C1 (en) Three-phase reactive power compensator
CN111030131B (en) MMC-STATCOM circulating current suppression device based on negative sequence virtual impedance
Kumara et al. Performance improvements of power converters for high power induction motor drive
Anu et al. STATCOM based controller for a three phase system feeding single phase loads
RU2697262C1 (en) Control method of voltage inverter in uninterrupted power supply systems and systems of electric energy accumulation at sharply alternating load
RU2420848C1 (en) Three-phase compensator of reactive power
RU2442275C1 (en) Method for controlling three-phase static converter with unbalanced load
Attuati et al. Sliding mode current control of DSTATCOM applied to voltage regulation of induction generator based systems
KR20140085845A (en) Method of compensate for grid current unbalance and distortion for 3-phase bi-directional inverter
CN217362579U (en) APF direct current side voltage equalizing control circuit of cascaded three-phase bridge
Rajasekhar et al. Mitigation of flicker sources & power quality improvement by using cascaded multi-level converter based DSTATCOM
Morales et al. Control design of a neutral point clamped converter based active power filter for the selective harmonic compensation
RU2734554C1 (en) Device for control of three-phase three-level active voltage rectifiers
Malla et al. Performance evaluation of DSTATCOM with 9-level GTO converter

Legal Events

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

Effective date: 20201214