СПОСОБ РАБОТЫ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2008 года по МПК H02M7/53 

Изобретение относится к области силовой полупроводниковой техники. В частности, оно касается способа работы схемы преобразования и устройства для осуществления способа согласно ограничительной части независимых пунктов формулы изобретения.

Традиционные схемы преобразования содержат блок преобразования с множеством управляемых мощных транзисторных ключей, соединенных между собой известным образом для коммутации, по меньшей мере, двух уровней управляющего напряжения. К каждому фазному выводу блока преобразования подключен фильтр LCL. Кроме того, к блоку преобразования подключен емкостной аккумулятор энергии, который обычно состоит из одного или нескольких конденсаторов. Для работы схемы преобразования предусмотрено устройство, содержащее регулятор для образования величины активной мощности гистерезиса, величины реактивной мощности гистерезиса и заданного сектора пропускания, которое связано с управляемыми мощными транзисторными ключами с помощью схемы управления для образования управляющего сигнала на основе величины активного напряжения гистерезиса, величины реактивного напряжения гистерезиса и выбранного сектора пропускания. С помощью управляющего сигнала обеспечивается управление мощными транзисторными ключами.

Проблема, связанная с приведенной выше схемой преобразования, заключается в том, что фильтры LCL способны вызывать устойчивое искажение, т.е. нежелательные колебания выходных токов и выходных напряжений фильтров вследствие резонансных колебаний этих фильтров, как это показано на фиг.3 на примере обычной временной характеристики выходных токов фильтров. В обычно подключаемой к выходам фильтров электрической сети переменного напряжения или в случае подключения к выходам фильтров электрической нагрузки названные искажения могут вызвать повреждения или даже разрушения и в этом отношении являются в высшей степени нежелательными.

Задачей изобретения является поэтому создание способа работы схемы преобразования, с помощью которой могут активно гаситься искажения выходных токов и выходных напряжений фильтров, вызванные подключенными к схеме преобразования фильтрами LCL. Также задачей изобретения является создание устройства, с помощью которого особо просто может осуществляться указанный способ. Эти задачи решаются с помощью признаков пункта 1 и пункта 9 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения приведены предпочтительные варианты развития изобретения.

Схема преобразования содержит блок преобразования с множеством управляемых мощных транзисторных ключей и фильтр LCL, подключенный к каждому фазному выводу блока преобразования. В способе работы схемы преобразования согласно изобретению мощные транзисторные ключи управляются с помощью управляющего сигнала, образуемого на основе величины активной мощности гистерезиса, величины реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания. Согласно изобретению величину активной мощности гистерезиса образуют на основе величины дифференциальной активной мощности с помощью первого регулятора гистерезиса, а величину дифференциальной активной мощности - вычитанием оценочной величины активной мощности и величины активной мощности затухания из величины опорной активной мощности, причем величину активной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания суммы произведения от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов фильтров LCL на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов фазных выводов и произведения от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов фильтров LCL на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов фазных выводов. Кроме того, величину реактивной мощности гистерезиса образуют на основе величины дифференциальной реактивной мощности с помощью второго регулятора гистерезиса, а величину дифференциальной реактивной мощности гистерезиса образуют вычитанием оценочной величины реактивной мощности и величины реактивной мощности затухания из величины опорной реактивной мощности, при этом величину реактивной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания разницы между произведением от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов фильтров LCL на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов фазных выводов и произведением от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов фильтров LCL на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов фазных выводов.

Через величину активной мощности затухания и величину реактивной мощности затухания предпочтительно могут быть активно погашены искажения, т.е. колебания выходных токов и выходных напряжений фильтров, в результате чего такие искажения сильно снижаются и в лучшем случае существенно подавляются. Другое преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что не требуется подключать к соответствующему фазному выводу дискретный, громоздкий, трудоемкий и, следовательно, дорогостоящий резистор для эффективного гашения нежелательных искажений.

Устройство согласно изобретению для осуществления способа работы схемы преобразования содержит регулятор для образования величины активной мощности гистерезиса, величины реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания, который через схему управления соединен с управляемыми мощными транзисторными ключами для образования управляющего сигнала. Согласно изобретению регулятор содержит первый вычислительный блок для образования величины активной мощности гистерезиса, величины реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания, причем первый вычислительный блок содержит первый регулятор гистерезиса для образования величины активной мощности гистерезиса на основе величины дифференциальной активной мощности, второй регулятор гистерезиса для образования величины реактивной мощности гистерезиса на основе величины дифференциальной реактивной мощности и векторный преобразователь для образования выбранного сектора пропускания. Дополнительно регулятор содержит первый сумматор для образования величины дифференциальной активной мощности вычитанием оценочной величины активной мощности и величины активной мощности затухания из величины опорной активной мощности, а также второй сумматор для образования величины дифференциальной реактивной мощности вычитанием оценочной величины реактивной мощности и величины реактивной мощности затухания из величины опорной реактивной мощности. Кроме того, регулятор содержит второй вычислительный блок для образования величины активной мощности затухания и величины реактивной мощности затухания, причем величину активности мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания суммы произведения от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов фильтров LCL на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов фазных выводов и произведения от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов фильтров LCL на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов фазных выводов. Величину реактивной мощности затухания образуют также на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания разницы между произведением от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов фильтров LCL на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов фазных выводов и произведением от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов фильтров LCL на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов фазных выводов.

Таким образом, устройство согласно изобретению для осуществления способа работы схемы преобразования может быть очень просто и дешево изготовлено, так как схемные затраты могут составлять чрезвычайно низкий уровень и для изготовления требуется лишь незначительное количество компонентов. Следовательно, с помощью этого устройства особенно просто осуществляется способ согласно изобретению.

Эти и другие задачи, преимущества и признаки настоящего изобретения поясняются в приводимом ниже подробном описании предпочтительных вариантов выполнения изобретения со ссылкой на чертеж.

Фиг.1 - вариант выполнения устройства согласно изобретению для осуществления способа работы схемы преобразования согласно изобретению,

фиг.2 - вариант выполнения седьмого вычислительного блока,

фиг.3 - обычная временная характеристика выходных токов фильтров,

фиг.4 - временная характеристика выходных токов фильтров с активным затуханием, обеспечиваемым способом согласно изобретению.

Использованные на чертеже позиции и их значения приведены в перечне позиций. В принципе на фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями. Описанные варианты выполнения приведены в качестве примеров, характеризующих предмет изобретения и не являющихся ограничительными.

На фиг.1 показан вариант выполнения устройства согласно изобретению для осуществления способа работы схемы преобразования согласно изобретению. Как изображено на этой фигуре, схема преобразования содержит блок 1 преобразования с множеством управляемых мощных транзисторных ключей, а также фильтр LCL 3, соединенный с каждым фазным выводом 2 блока 1 преобразования. В соответствии с этим каждый фильтр 3 содержит первую катушку индуктивности L_fi и вторую катушку индуктивности L_fg, а также конденсатор C_f, при этом первая катушка индуктивности L_fi фильтра подключена к соответствующему фазному выводу 2 блока преобразования, ко второй катушке индуктивности L_fg фильтра и конденсатору C_f фильтра. Кроме того, конденсаторы C_f отдельных фильтров LCL 3 соединены между собой. В качестве примера блок преобразования 1 выполнен на фиг.1 трехфазным. Следует отметить, что блок преобразования 1 может быть выполнен в виде обычного блока преобразования для подключения ≥2 уровней управляющего напряжения (многоуровневая схема преобразования) по отношению к напряжению емкостного аккумулятора 19 энергии, соединенного с блоком преобразования 1, в таком случае емкостной аккумулятор 19 энергии может быть образован любым количеством конденсаторов, которые в этом случае подключаются будучи приведенными в соответствие с соответственно выполненной частичной схемой преобразования.

Таким образом, в способе работы схемы преобразования согласно изобретению мощные транзисторные ключи блока 1 преобразования управляются с помощью управляющего сигнала, образуемого на основе величины d_p активной мощности гистерезиса, величины d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания θ_n. Для образования управляющего сигнала обычно применяется справочная таблица (look-up table), в которой величины d_p активной мощности гистерезиса, величины d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранные секторы пропускания неизменно соотнесены с соответствующими управляющими сигналами S, или модулятор, основанный на широтно-импульсной модуляции. Согласно изобретению величина d_p активной мощности гистерезиса образуется на основе величины P_diff дифференциальной активной мощности с помощью первого регулятора 16 гистерезиса, как показано на фиг.1. Кроме того, величина P_diff дифференциальной активной мощности образуется вычитанием оценочной величины Р активной мощности и величины Р_d активной мощности затухания из величины P_ref опорной активной мощности, при этом величина P_d активной мощности затухания образуется на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания k_d суммы произведения от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfα фильтров LCL 3 на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов i_fiα фазных выводов и произведения от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfβ фильтров LCL 3 на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов i_fiβ фазных выводов, что поясняется, в частности, приводимой ниже формулой:

P_d=k_d·(i_Cfα·i_fiα+i_Cfβ·i_fiβ).

Величина P_ref опорной активной мощности является свободно регулируемой величиной и служит заданным значением активной мощности, которая должна присутствовать на выходе фильтра LCL 3. Кроме того, величина d_Q реактивной мощности гистерезиса образуется на основе величины Q_diff дифференциальной реактивной мощности с помощью второго регулятора 17 гистерезиса, а величина Q_diff образуется вычитанием оценочной величины Q реактивной мощности и величины Q_d реактивной мощности затухания из величины Q_ref опорной реактивной мощности, причем величина Q_d реактивной мощности затухания образуется на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания разницы между произведением от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfβ фильтров LCL 3 на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов i_fiα фазных выводов и произведением от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfα фильтров LCL 3 на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов i_fiβ фазных выводов, что, в частности, выражается формулой:

Q_d=k_d·(i_Cfβ·i_fiα-i_Cfα·i_fiβ).

Величина Q_ref опорной реактивной мощности свободно регулируется и является задаваемым значением реактивной мощности, которая должна присутствовать на выходе фильтров LCL 3.

Следует указать, что пространственно-векторная трансформация определяется следующим образом:

,

где - комплексная величина, x_α - компонента пространственно-векторной трансформации величины и х_β - компонента β пространственно-векторной трансформации величины . Все пространственно-векторные трансформации величин, которые упомянуты выше и которые будут упомянуты далее, получают по приведенной выше формуле.

С помощью величины P_d активной мощности затухания и величины Q_d реактивной мощности затухания активно могут гаситься предпочтительно искажения, т.е. нежелательные колебания, выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров и выходных напряжений фильтров, в результате чего эти искажения сильно снижаются, в лучшем случае существенно подавляются. Другое преимущество способа согласно изобретению заключается в том, что не требуется подключать к соответствующему фазному выводу 2 дискретный, габаритный, трудоемкий и, следовательно, дорогостоящий резистор для эффективного гашения нежелательных искажений.

Как показано на фиг.1, устройство согласно изобретению для осуществления способа работы схемы преобразования согласно изобретению содержит регулятор 4, служащий для образования величины d_p активной мощности гистерезиса, величины d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания θ_n и соединенный через схему 5 управления с управляемыми мощными транзисторными ключами для формирования управляющего сигнала S. Схема 5 управления содержит, например, справочную таблицу (look-up table), в которой величины d_p активной мощности гистерезиса, величины d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранные секторы пропускания θ_n неизменно соотнесены с соответствующими управляющими сигналами S, или модулятор, основанный на широтно-импульсной модуляции. Согласно изобретению регулятор 4 содержит первый вычислительный блок 6 для образования величины d_p активной мощности гистерезиса, величины d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания θ_n, при этом первый вычислительный блок 6 содержит первый регулятор 16 гистерезиса для образования величины d_p активной мощности гистерезиса на основе величины P_diff дифференциальной активной мощности, второй регулятор 17 гистерезиса для образования величины d_Q на основе величины Q_diff дифференциальной реактивной мощности и векторный преобразователь 18 для образования выбранного сектора пропускания θ_n. Кроме того, регулятор 4 содержит первый сумматор 7 для образования величины P_diff дифференциальной активной мощности путем вычитания оценочной величины Р активной мощности и величины P_d активной мощности затухания из величины P_ref опорной активной мощности и второй сумматор 8 для образования величины Q_diff дифференциальной реактивной мощности путем вычитания оценочной величины Q реактивной мощности и величины Q_d реактивной мощности затухания из величины Q_ref опорной реактивной мощности. Также регулятор 4 содержит второй вычислительный блок 9 для образования величины P_d активной мощности затухания и величины Q_d реактивной мощности затухания, при этом величину P_d активной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания k_d суммы произведения от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfα фильтров LCL 3 на компоненту пространственно-векторной трансформации токов i_fiα фазных выводов и произведения от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfβ фильтров LCL 3 на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов i_fiβ фазных выводов, а величину Q_d реактивной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания k_d разницы между произведением от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_fiβ фильтров LCL 3 на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов i_fia фазных выводов и произведения от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfα фильтров LCL 3 на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов i_fiβ фазных выводов. В соответствии с этим очень легко и дешево может быть изготовлена установка согласно изобретению для осуществления способа работы схемы преобразования согласно изобретению, так как монтажные затраты могут поддерживаться на чрезвычайно низком уровне и, кроме того, для изготовления требуется лишь незначительное количество элементов. Следовательно, посредством этого устройства особенно просто осуществляется способ согласно изобретению.

Оценочную величину Р активной мощности и оценочную величину Q реактивной мощности образуют соответственно на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgα фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgβ фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lα фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lβ фильтров, что, в частности, поясняется следующими формулами:

Р=ω·(ψ_Lα·i_fgβ-ψ_Lβ·i_fgα)

Q=ω·(ψ_Lα·i_fgα+ψ_Lβ·i_fgβ).

Для образования оценочной величины Р активной мощности и оценочной величины Q реактивной мощности регулятор 4 содержит, как показано на фиг.1, третий вычислительный блок 10, с помощью которого рассчитывают оценочную величину Р активной мощности и оценочную величину реактивной мощности Q по соответствующей приведенной выше формуле.

Компоненту α пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lα фильтров образуют на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cfα фильтров и компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgα фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:

ψ_Lα=ψ_Cfα-L_fg·i_fgα.

Кроме того, компоненту β пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lβ образуют на основе компоненты β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cfβ и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgβ фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:

ψ_Lβ=ψ_Cfβ-L_fg·i_fgβ.

Для образования компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lα фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lβ фильтров регулятор 4 содержит, как показано на фиг.1, четвертый вычислительный блок 11, с помощью которого вычисляют компоненту α пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lα фильтров и компоненту β пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lβ фильтров по соответствующей приведенной выше формуле.

Компоненту α пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgα фильтров образуют на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации токов i_fiα фазных выводов, которую получают пространственно-векторной трансформацией показанных на фиг.1 измеренных токов i_fi1, i_fi2, i_fi3, фазных выводов, и на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfα фильтров, получаемой пространственно-векторной трансформацией показанных на фиг.1 измеренных токов i_Cf1, i_Cf2, i_Cf3, путем суммирования. Дополнительно компоненту β образуют пространственно-векторной трансформацией выходных токов i_fgβ фильтров на основе компоненты β пространственно-векторной трансформации токов i_fiβ, которую получают пространственно-векторной трансформацией показанных на фиг.1 измеренных токов i_fi1, i_fi2, i_fi3 фазных выводов, и на основе компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfβ фильтров, которую получают пространственно-векторной трансформацией показанных на фиг.1 измеренных емкостных токов i_Cf1, i_Cf2, i_Cf3 фильтров, путем суммирования. Следовательно измерение выходных токов i_fi1, i_fi2, i_fi3 фильтров может предпочтительно не проводиться, в результате чего упрощается устройство, поскольку не требуются измерительные датчики, в частности трансформаторы тока. Необходимо отметить, что пространственно-векторная трансформация измеренных токов i_fi1, i_fi2, i_fi3 фазовых выводов и измеренных емкостных токов i_Cf1, i_Cf2, i_Cf3 фильтров и других подвергнутых пространственно-векторной трансформации величин может проводиться соответствующим вычислительным блоком 9, 10, 13, 14 или же отдельным, специально предусмотренным для этого блоком пространственно-векторной трансформации.

Компоненту α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cf фильтров получают на основе текущего значения u_dc постоянного напряжения емкостного аккумулятора 19 энергии, соединенного с блоком 1 преобразования, на основе управляющего сигнала S и компоненты α пространственно-векторной трансформации токов i_fiα фазных выводов, что поясняется приводимой ниже формулой, причем u_cα означает компоненту α напряжения фазных выводов блока преобразования, образованную на основе текущего значения u_dc постоянного напряжения и управляющего сигнала:

.

Соответственно, компоненту β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cfβ фильтров образуют на основе текущего значения постоянного напряжения емкостного аккумулятора 19 энергии, соединенного с блоком 1 преобразования, на основе управляющего сигнала S и компоненты β пространственно-векторной трансформации токов i_fiβ фазных выводов, при этом u_Cβα означает компоненту β напряжения фазных выводов блока преобразования 1, образованную на основе текущего значения u_dc постоянного напряжения и управляющего сигнала:

.

Для образования компоненты α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cfα фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cfβ фильтров регулятор 4 на фиг.1 содержит пятый вычислительный блок 12, с помощью которого рассчитывают компоненту α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Caα фильтров и компоненту β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cfβ фильтров по приведенной выше формуле.

Для образования уже упоминавшейся величины Q_diff дифференциальной реактивной мощности дополнительно прибавляют величину Q_comp компенсирующей реактивной мощности, при этом величину Q_comp компенсирующей реактивной мощности образуют посредством фильтрования нижних частот оценочной величины Q_Cf емкостной реактивной мощности фильтров с помощью фильтра 15 низких частот. Таким образом исключается преимущественно положение, при котором нежелательные составляющие реактивной мощности фильтров LCL 3, в частности конденсаторов C_f фильтров LCL 3, будут присутствовать на выходе фильтров LCL 3, в результате чего на выходе этих фильтров устанавливается только одна величина реактивной мощности в соответствии с заданной величиной Q_ref опорной реактивной мощности. Как показано на фиг.1, на второй сумматор 8 дополнительно подается величина Q_comp компенсирующей реактивной мощности. Оценочная величина Q_Cf емкостной реактивной мощности фильтров образуется на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfα фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов i_Cfβ фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cfα фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков ψ_Cfβ фильтров, что, в частности, поясняется следующей формулой:

Q_Cf=ω·(ψ_Cfα·i_Cfα+ψ_Cfβ·i_Cfβ).

Для образования оценочной величины Q_Cf емкостной реактивной мощности фильтров, как показано на фиг.1, регулятор 4 содержит шестой вычислительный блок 13, с помощью которого рассчитывается оценочная величина Q_Cf емкостной реактивной мощности фильтров по приведенной выше формуле.

Для образования уже упоминавшейся величины P_diff дифференциальной активной мощности дополнительно добавляют, по меньшей мере, одну величину Р_h компенсирующей гармонической активной мощности при основном колебании выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3. Кроме того, для образования величины Q_diff дифференциальной реактивной мощности дополнительно добавляют, по меньшей мере, одну величину Q_h компенсирующей гармонической реактивной мощности при основном колебании выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров. Как показано на фиг.1, на первый сумматор 7 подается для образования величины P_diff дифференциальной активной мощности дополнительно величина Р_h компенсирующей гармонической активной мощности. Кроме того, согласно фиг.1 на второй сумматор 7 дополнительно подается для образования величины Q_diff дифференциальной реактивной мощности величина Q_h компенсирующей гармонической реактивной мощности. Величину Р_h компенсирующей гармонической активной мощности и величину Q_h компенсирующей гармонической реактивной мощности образуют на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgα фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgβ фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lα фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lβ фильтров, а также на основе угла ωt основного колебания выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров. Угол ωt основного колебания формируется для вычислительных блоков 9, 10, 13, 14 и векторного преобразователя 18, как показано на фиг.1, системой фазовой автоподстройки частоты (Phase locked loop (PLL) - система ФАПЧ)). Согласно фиг.1 регулятор 4 содержит седьмой вычислительный блок 14 для образования величины P_h компенсирующей гармонической активной мощности и величины Q_h компенсирующей гармонической реактивной мощности, на фиг.2 изображен вариант выполнения седьмого вычислительного блока 14. Прибавление, по меньшей мере, одной величины P_h компенсирующей гармонической активной мощности для образования величины P_diff дифференциальной активной мощности и, по меньшей мере, одной величины для образования величины Q_diff дифференциальной реактивной мощности эффективно обеспечивает активное уменьшение высших гармоник и, следовательно, в целом их последующее снижение.

Как показано на фиг.2, сначала образуют компоненту α пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgα фильтров и компоненту β пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgβ фильтров на основе подведенных выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров путем пространственно-векторной трансформации. Затем компоненту α пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgα фильтров и компоненту β пространственно-векторной трансформации выходных токов i_fgβ фильтров подвергают преобразованию Парка-Кларка, отфильтровывают низкие частоты и выдают в качестве компоненты d и компоненты q преобразования Парка-Кларка, по меньшей мере, одной требуемой выбранной высшей гармоники выходных токов i_hd, i_hq фильтров при основном колебании выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3. Показатель h означает h-ю высшую гармонику этой и приводимых в последующем величин, при этом h=1, 2, 3 ....

В общем виде преобразование Парка-Кларка имеет вид:

,

где: - комплексная величина, x_d - компонента d преобразования Парка-Кларка величины и x_q - компонента q преобразования Парка-Кларка величины . Предпочтительно, чтобы преобразованию Парка-Кларка подвергалось не только основное колебание комплексной величины , но также и все возникающие высшие гармоники комплексной величины . Как показано на фиг.2, компоненту d и компоненту q преобразования Парка-Кларка требуемой выбранной h-й высшей гармоники выходных токов i_hd, i_hq фильтров доводят до соответствующей задаваемой опорной величины i*_hd, i*_hq предпочтительно в соответствии с пропорционально-интегральной характеристикой и затем подвергают инверсному преобразованию Парка-Кларка, в результате чего получают компоненту α пространственно-векторной трансформации h-й высшей гармоники выходных токов i*_hα опорных фильтров и компоненту β пространственно-векторной трансформации h-й высшей гармоники выходных токов i*_hβ опорных фильтров. Наконец, величину Р_h компенсирующей гармонической активной мощности и величину Q_h компенсирующей гармонической реактивной мощности рассчитывают на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации h-й высшей гармоники выходных токов i*_hα опорных фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации h-й высшей гармоники выходных токов i*_hβ, компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_Lα фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков ψ_L, что, в частности, поясняется следующими формулами:

P_h=ω·(ψ_Lα·i*_hβ-ψ_Lβ·i*_hα)

Q_h=ω·(ψ_Lα·i*_hα+ψ_Lβ·i*_hβ).

На фиг.3 показана обычная временная характеристика выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров. Для иллюстрации принципа действия активного затухания, обеспечиваемого описанным выше способом согласно изобретению, на фиг.4 показана временная характеристика выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров, при этом нежелательные колебания выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров активно гасятся, в результате чего резко снижаются искажения. Кроме того, дополнительное активное уменьшение высших гармоник с помощью описанного выше способа согласно изобретению способствует их последующему повышенному сокращению.

Все этапы способа согласно изобретению могут быть представлены в виде программного обеспечения, причем в этом случае они могут быть загружены, например, в компьютерную систему, снабженную, в частности, цифровым процессором обработки сигналов, и выполняться с помощью этой системы. Присущие этой системе запаздывания в цифровой форме, в частности при вычислениях, могут учитываться, например, путем сложения дополнительного терма с частотой ωt основного колебания при преобразовании Парка-Кларка. Кроме того, подробно описанное выше устройство согласно изобретению может быть также использовано в компьютерной системе, в частности цифровом процессоре обработки сигналов.

В целом можно заключить, что представленное, в частности, на фиг.1, выполненное согласно изобретению устройство для осуществления способа работы схемы преобразования согласно изобретению может быть реализовано очень просто и дешево, так как схемные затраты являются чрезвычайно низкими и, кроме того, для изготовления требуется лишь незначительное количество элементов. С помощью данного устройства особенно легко осуществляется способ согласно изобретению.

Перечень позиций

1 блок преобразования

2 фазный вывод блока преобразования

3 фильтр LCL

4 регулятор

5 схема управления

6 первый вычислительный блок

7 первый сумматор

8 второй сумматор

9 второй вычислительный блок

10 третий вычислительный блок

11 четвертый вычислительный блок

12 пятый вычислительный блок

13 шестой вычислительный блок

14 седьмой вычислительный блок

15 фильтр низких частот

16 первый регулятор гистерезиса

17 второй регулятор гистерезиса

18 векторный преобразователь.

Предлагается способ работы схемы преобразования, содержащей блок (1) преобразования с множеством управляемых мощных транзисторных ключей и фильтром LCL (3), подключенным к каждому фазному выводу (2) блока (1) преобразования, в котором мощные транзисторные ключи управляются управляющим сигналом (S), образуемым на основе величины (d_p) активной мощности гистерезиса, величины (d_Q) реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания (θ_n). Величину (d_p) активной мощности гистерезиса образуют на основе величины (P_diff) дифференциальной активной мощности с помощью первого регулятора (16) гистерезиса, а величину (P_diff) дифференциальной активной мощности образуют вычитанием оценочной величины (Р) активной мощности и величины (P_d) активной мощности затухания из величины (P_ref) опорной активной мощности, причем величину (P_d) активной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом (k_d) затухания суммы произведения от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfα) фильтров LCL (3) на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов (i_fiα) фазных выводов и произведения от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfβ) фильтров LCL (3) на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов (i_fiβ) фазных выводов. Величину (d_Q) реактивной мощности гистерезиса образуют на основе величины (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности с помощью второго регулятора (17) гистерезиса, а величину (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности образуют вычитанием оценочной величины (Q) реактивной мощности и величины (Q_d) реактивной мощности затухания из величины (Q_ref) опорной реактивной мощности, причем величину (Q_d) реактивной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом (k_d) затухания разницы между произведением от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Сfβ) фильтров LCL (3) на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов (i_fiα) фазных выводов и произведением от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Сfα) фильтров LCL (3) на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов (i_fiβ) фазных выводов. Кроме того, предложено устройство для осуществления данного способа. Технический результат - уменьшение искажений выходных токов. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ работы схемы преобразования, содержащей блок (1) преобразования с множеством управляемых мощных транзисторных ключей и фильтр LCL (3), подключенный к каждому фазному выводу (2) блока (1) преобразования, в котором мощные транзисторные ключи управляются управляющим сигналом (S), образуемым на основе величины (d_p) активной мощности гистерезиса, величины (d_Q) реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания (θ_n), отличающийся тем, что величину (d_p) активной мощности гистерезиса образуют на основе величины (P_diff) дифференциальной активной мощности с помощью первого регулятора (16) гистерезиса, что величину (P_diff) дифференциальной активной мощности образуют вычитанием оценочной величины (Р) активной мощности и величины (P_d) активной мощности затухания из величины (P_ref) опорной активной мощности, причем величину (Р_d) активной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом (k_d) затухания суммы произведения от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfα) фильтров LCL (3) на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов (i_fiα) фазных выводов и произведения от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfβ) фильтров LCL (3) на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов (i_fiβ) фазных выводов, что величину (d_Q) реактивной мощности гистерезиса образуют на основе величины (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности с помощью второго регулятора (17) гистерезиса, что величину (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности образуют вычитанием оценочной величины (Q) реактивной мощности и величины (Q_d) реактивной мощности затухания из величины (Q_ref) опорной реактивной мощности, причем величину (Q_d) реактивной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом (k_d) затухания разницы между произведением от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfβ) фильтров LCL (3) на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов (i_fiα) фазных выводов и произведением от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfα) фильтров LCL (3) на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов (i_fiβ) фазных выводов.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценочную величину (Р) активной мощности и оценочную величину (Q) реактивной мощности образуют на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgα) фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgβ) фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lα) фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lβ) фильтров.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что компоненту α пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lα) образуют на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfα) фильтров и компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgα) фильтров и что компоненту β пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lβ) фильтров образуют на основе компоненты β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfβ) фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgβ) фильтров.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что компоненту α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfα) фильтров образуют на основе текущего значения (u_dc) постоянного напряжения соединенного с блоком (1) преобразования емкостного аккумулятора (19) энергии, управляющего сигнала (S) и компоненты α пространственно-векторной трансформации токов (i_fiα) фазных выводов и что компоненту β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfβ) фильтров образуют на основе текущего значения (u_dc) постоянного напряжения соединенного с блоком (1) преобразования емкостного аккумулятора (19) энергии, управляющего сигнала (S) и компоненты β пространственно-векторной трансформации токов (i_fiβ) фазных выводов.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования величины (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности дополнительно прибавляют величину (Q_comp) компенсирующей реактивной мощности, причем величину (Q_comp) компенсирующей реактивной мощности образуют фильтрацией низких частот оценочной величины (Q_Cf) емкостной реактивной мощности фильтров.6. Способ по п.5, отличающийся тем, что оценочную величину (Q_Cf) емкостной реактивной мощности фильтров образуют на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfα) фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfβ) фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfα) фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfβ) фильтров.7. Способ по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что для образования величины (P_diff) дифференциальной активной мощности дополнительно прибавляют, по меньшей мере, одну величину (Р_h) компенсирующей гармонической активной мощности при основном колебании выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров и что для образования величины (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности дополнительно прибавляют, по меньшей мере, одну величину (Q_h) компенсирующей гармонической реактивной мощности при основном колебании выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров.8. Способ по п.7, отличающийся тем, что величину (Р_h) компенсирующей гармонической активной мощности и величину (Q_h) компенсирующей гармонической реактивной мощности образуют соответственно на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgα) фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgβ) фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lα) фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lβ) фильтров и угла (ωt) основного колебания выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров.9. Устройство для осуществления способа работы схемы преобразования, содержащей блок (1) преобразования с множеством управляемых мощных транзисторных ключей и фильтр LCL (3), подключенный к каждому фазному выводу (2) блока (1) преобразования, при этом устройство содержит регулятор (4) для образования величины (d_p) активной мощности гистерезиса, величины (d_Q) реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания (θ_n), который через схему (5) управления соединен с управляемыми мощными транзисторными ключами для образования управляющего сигнала (S), отличающееся тем, что регулятор (4) содержит первый вычислительный блок (6) для образования величины (d_p) активной мощности гистерезиса, величины (d_Q) реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора пропускания (θ_n), при этом первый вычислительный блок (6) содержит первый регулятор (16) гистерезиса для образования величины (d_p) активной мощности гистерезиса на основе величины (P_diff) дифференциальной активной мощности, второй регулятор (17) гистерезиса для образования величины (d_Q) реактивной мощности гистерезиса на основе величины (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности и векторный преобразователь (18) для образования выбранного сектора пропускания (θ_n), первый сумматор (7) для образования величины (P_diff) дифференциальной активной мощности путем вычитания оценочной величины (Р) активной мощности и величины (Р_d) активной мощности затухания из величины (P_ref) опорной активной мощности, второй сумматор (8) для образования величины (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности вычитанием оценочной величины (Q) реактивной мощности и величины (Q_d) реактивной мощности затухания из величины (Q_ref) опорной реактивной мощности, второй вычислительный блок (9) для образования величины (P_d) активной мощности затухания и величины (Q_d) реактивной мощности затухания, причем величину (P_d) активной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания суммы произведения от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfα) фильтров LCL (3) на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов (i_fiα) фазных выводов и произведения от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfβ) фильтров LCL (3) на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов (i_fiβ) фазных выводов, величину (Q_d) реактивной мощности затухания образуют на основе взвешенной регулируемым коэффициентом затухания (k_d) разницы между произведением от умножения компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfβ) фильтров LCL (3) на компоненту α пространственно-векторной трансформации токов (i_fiα) фазных выводов и произведением от умножения компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfα) фильтров LCL (3) на компоненту β пространственно-векторной трансформации токов (i_fiβ) фазных выводов.10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что регулятор (4) содержит третий вычислительный блок (10) для образования оценочной величины (Р) активной мощности и оценочной величины (Q) реактивной мощности соответственно на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgα) фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgβ) фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lα) фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lβ) фильтров.11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что регулятор (4) содержит четвертый вычислительный блок (11) для образования компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lα) фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lβ) фильтров, при этом компоненту α пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lα) фильтров образуют на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfα) фильтров и компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgα) фильтров, а компоненту β пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lβ) фильтров образуют на основе компоненты β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfβ) фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgβ) фильтров.12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что регулятор (4) содержит пятый вычислительный блок (12) для образования компоненты α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfα) фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfβ) фильтров, при этом компоненту α пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfα) фильтров образуют на основе текущего значения (u_dc) постоянного напряжения соединенного с блоком (1) преобразования емкостного аккумулятора (19) энергии, управляющего сигнала (S) и компоненты α пространственно-векторной трансформации токов (i_fiα) фазных выводов, а компоненту β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfβ) фильтров образуют на основе текущего значения (u_dc) постоянного напряжения соединенного с блоком (1) преобразования емкостного аккумулятора (19) энергии, управляющего сигнала (S) и компоненты β пространственно-векторной трансформации токов (i_fiβ) фазных выводов.13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что на второй сумматор (8) подается для образования величины (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности дополнительно величина (Q_comp) компенсирующей реактивной мощности, при этом величину (Q_comp) компенсирующей реактивной мощности образуют фильтрованием низких частот фильтром (15) низких частот оценочной величины (Q_Cf) емкостной реактивной мощности фильтров.14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что регулятор (4) содержит шестой вычислительный блок (13) для образования оценочной величины (Q_Cf) емкостной реактивной мощности фильтров на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfα) фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации емкостных токов (i_Cfβ) фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации оценочных потоков (ψ_Cfα) фильтров и компоненты β пространственно-векторной трансформации оценочных емкостных потоков (ψ_Cfβ) фильтров.15. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что на первый сумматор (7) подается для образования величины (Р_diff) дифференциальной активной мощности дополнительно, по меньшей мере, одна величина (Р_h) компенсирующей гармонической активной мощности при основном колебании выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров и на второй сумматор (7) подается для образования величины (Q_diff) дифференциальной реактивной мощности дополнительно, по меньшей мере, одна величина (Q_h) компенсирующей гармонической реактивной мощности при основном колебании выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров.16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что регулятор (4) содержит седьмой вычислительный блок (14) для образования величины (Р_h) компенсирующей гармонической активной мощности и величины (Q_h) компенсирующей гармонической реактивной мощности соответственно на основе компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgα) фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных токов (i_fgβ) фильтров, компоненты α пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lα) фильтров, компоненты β пространственно-векторной трансформации выходных потоков (ψ_Lβ) фильтров и угла (ωt) основного колебания выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров.