Изобретение относится к области электротехники и может использоваться в системах электропитания и распределения электрической энергии для регулирования и компенсации реактивной мощности и для компенсации искажений тока, создаваемых нелинейными нагрузками.
Известен параллельный активный фильтр гармоник (см. Bernard S., Trochain G. «Compensation of harmonic currents generated by computers utilizing an innovative active harmonic conditioner» MGE UPS Systems, MGE 0128, 2000, p.8-10), предназначенный для компенсации гармонических составляющих тока, создаваемых нелинейными нагрузками.
Данное устройство содержит силовую часть и устройство контроля и управления.
Силовая часть состоит из преобразователя постоянного тока в переменный, выполненного на основе IGBT-инвертора, с накопителем энергии (конденсатором), включенного на стороне постоянного тока преобразователя, и интегрирующего фильтра, соединенного с выводами переменного тока упомянутого преобразователя и включенного через блок защиты и мягкого пуска в сеть.
Устройство контроля и управления включает в себя первый и второй датчики тока, аналоговый блок фильтрации гармоник, состоящий из аналоговых узкополосных фильтров, настроенных на частоты, кратные основной частоте сети, и выделяющих гармоники со второй по двадцать пятую включительно, блок регулирования и мониторинга, блок ШИМ (широтно-импульсной модуляции).
Устройство работает следующим образом: сигнал со второго датчика тока, включенного в фазу сети, поступает на блок фильтрации гармоник, где происходит выделение токов гармонических составляющих в заданном диапазоне и их суммирование. С блока фильтрации гармоник суммарный сигнал поступает в блок регулирования и мониторинга, где корректируется по выходу преобразователя - сигналу первого датчика тока, и посредством широтно-импульсной модуляции в блоке ШИМ формируется сигнал управления, который усиливается в преобразователе и через интегрирующий фильтр, блок защиты и мягкого пуска вводится в сеть.
Рассматриваемое устройство имеет ограниченный спектр компенсации, определяемый количеством и качеством используемых в блоке фильтрации аналоговых гармонических фильтров. Непостоянство параметров аналоговых элементов сказывается на точности фильтрации и, в конечном счете, на качестве компенсации. В связи с этим, блок регулирования и мониторинга вынужден корректировать сигнал управления преобразователем не только с учетом параметров реальной помехи находящейся в сети, но также с учетом флуктуирующих параметров блока фильтрации, что весьма затруднительно. Это неблагоприятно сказывается на эффективности компенсации, особенно в системах электропитания, с резкопеременным характером нагрузок. Кроме того, данное устройство не обеспечивает подавление комбинационных составляющих тока, присутствующих в сети, и искажающих основное напряжение системы, а также не позволяет компенсировать влияние реактивной мощности.
Указанные недостатки, характерные для данного устройства, не позволяют в полной мере решить проблему электромагнитной совместимости потребителей, а также проблему влияния реактивной мощности, которая, поступая в сеть, ведет к росту энергопотребления систем электропитания.
Известно устройство компенсации гармонических составляющих тока (см. патент Японии №2001186752 (А), М. кл. F24F 11/02, F24F 11/04, H02J 3/01, Н02М 1/12, Н02М 7/48, опубл. 06.07.2001 г.), используемое для компенсации искажений, создаваемых воздушным кондиционером, которое, в отличие от предыдущего аналога, обеспечивает коррекцию компенсирующего сигнала с учетом фазы питающего напряжения.
Устройство компенсации гармонических составляющих тока включает в себя силовую часть, устройство контроля и управления.
Силовая часть состоит из преобразователя постоянного тока в переменный, выполненного на основе IGBT-инвертора, с накопителем энергии (конденсатора), включенного на стороне постоянного тока преобразователя, и интегрирующего фильтра, соединенного с выводами переменного тока упомянутого преобразователя и включенного в сеть.
В состав устройства контроля и управления входят: первый и второй датчики тока, датчик фазы напряжения, блок фильтрации, состоящий из аналоговых узкополосных фильтров, настроенных на частоты, кратные основной частоте сети; первый, второй и третий сумматоры, блок фазовой задержки, блок ШИМ.
В соответствии с принципом действия устройства сигналы с первого и второго датчиков тока поступают на первый сумматор, на выходе которого формируется сигнал компенсации. Сигнал со второго датчика тока, включенного в фазу сети, поступает также на блок фильтрации, где происходит выделение токов гармонических составляющих в заданном диапазоне и их суммирование. С блока фильтрации сигнал поступает на третий сумматор, где сравнивается с сигналом с выхода преобразователя и формируется сигнал ошибки, связанный с неточностью установки фазы компенсационного сигнала. Полученный сигнал ошибки поступает на второй сумматор и на блок фазовой задержки, где синхронизируется с фазой питающего напряжения по сигналу датчика фазы. Сдвинутый по фазе на необходимую величину сигнал ошибки поступает во второй сумматор, где происходит его сложение с сигналом компенсационной суммы. На выходе второго сумматора формируется скорректированный по фазе компенсационный сигнал, который подается на широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Промодулированный сигнал проходит через усилитель, преобразователь постоянного тока в переменный, интегрирующий фильтр и поступает в сеть.
Данное устройство осуществляет коррекцию и подачу компенсирующего сигнала в сеть с учетом фазы питающего напряжения, что обеспечивает относительно более высокую степень устойчивости и предсказуемости системы компенсации по сравнению с предыдущим аналогичным устройством. Однако цепочки блока фазовой задержки и блока фильтрации являются аналоговыми, в них не обеспечивается постоянство параметров, они сложны в настройке, что приводит к недостаточной точности синхронизации по фазе. Кроме того, эффективное использование устройства возможно лишь в тех случаях, когда начальная фаза тока, потребляемого нагрузкой, совпадает с начальной фазой напряжения питания. Это значительно сужает диапазон его использования и делает возможным установку устройства только в системах электропитания для определенного типа потребителей. Следует также отметить, что рассматриваемое устройство компенсации не учитывает влияние комбинационных составляющих тока нагрузки и реактивной мощности, поступающих в сеть.
Известен активный фильтр с компенсацией гармонических составляющих (см. патент Японии JP 2006185243, М. кл. G05F 1/70, опубл. 13.07.2006 г.) и возможностью компенсации реактивной мощности.
Устройство состоит из активного фильтра гармоник, а также конденсатора, включенного параллельно нагрузке для компенсации реактивной мощности.
Активный фильтр содержит силовую часть и систему контроля и управления.
Силовая часть состоит из преобразователя постоянного тока в переменный, выполненного на основе IGBT-инвертора, с накопителем энергии (конденсатором), включенного на стороне постоянного тока преобразователя, и интегрирующего фильтра, связанного с выводами переменного тока упомянутого преобразователя и включенного через блок защиты и мягкого пуска в сеть.
Система контроля и управления состоит из первого и второго датчиков тока, причем первый датчик тока включен на входе нагрузки с конденсатором для компенсации реактивной мощности, выход первого датчика тока подключен ко входу заграждающего фильтра, выход которого подключен ко входу блока аналоговых фильтров гармоник, выход которого подключен ко входу блока ШИМ, второй вход которого соединен с выходом второго датчика тока, установленного на входе интегрирующего фильтра, а входом связанного с преобразователем постоянного тока в переменный.
Устройство работает следующим образом: сигнал с первого датчика тока подается на заграждающий фильтр, выполняющий функцию защиты от возбуждения на высоких частотах в связи с установкой параллельно нагрузке, в данной конфигурации, компенсирующего конденсатора. С выхода заграждающего фильтра сигнал поступает на блок аналоговых фильтров гармоник, где происходит выделение токов гармонических составляющих и их суммирование. Далее сигнал подается на блок ШИМ, где происходит коррекция компенсирующего сигнала по выходу преобразователя и формирование управляющих импульсов посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ). С выхода блока ШИМ, модулированный сигнал подается на преобразователь постоянного тока в переменный. С выхода преобразователя сигнал поступает на вход интегрирующего фильтра и далее через блок защиты и мягкого пуска вводится в сеть. Конденсатор, включенный параллельно нагрузке, осуществляет компенсацию реактивной мощности.
Рассматриваемый активный фильтр может подавлять высшие гармоники тока, производимые нагрузкой, и в отличие от предыдущих аналогов компенсировать влияние реактивной мощности. Однако в связи с установкой в данной конфигурации компенсирующего конденсатора, в устройство введен заграждающий фильтр, исключающий частоты, на которых происходит возбуждение. Эта мера значительно сужает спектр компенсируемых гармоник, который в данном случае будет зависеть от величины емкости конденсатора. Кроме того, конденсатор без регулирования величины емкости не может компенсировать влияние реактивной мощности в широком диапазоне ее изменения, и способен выполнять свою функцию только в системе с индуктивным характером нагрузки. Применение аналоговых элементов в блоке фильтров гармоник не позволяет осуществить компенсацию с высокой точностью. Также как и предыдущие аналоги, рассматриваемое устройство не подавляет комбинационные составляющие тока, а следовательно, не может в полной мере обеспечить электромагнитную совместимость потребителей электроэнергии.
Данное устройство выбрано за прототип.
Задачей изобретения является обеспечение компенсации высших гармонических составляющих тока с возможностью выбора компенсации отдельных гармоник, обеспечение компенсации комбинационных составляющих тока, компенсации реактивной мощности, поступающей в сеть, в широком диапазоне ее изменения, независимо от характера нагрузки (индуктивного или емкостного) и с возможностью регулирования степени компенсации, а также повышение точности компенсации и возможности одновременного выполнения всех видов компенсации или осуществление комбинаций различных видов компенсации.
Решение поставленной задачи обеспечивается в предлагаемом устройстве компенсации искажений тока и реактивной мощности, содержащем силовую часть и систему контроля и управления, при этом в силовую часть входит преобразователь постоянного тока в переменный, выполненный на основе IGBT-инвертора, с накопителем энергии в виде конденсатора, включенного на стороне постоянного тока преобразователя, и интегрирующий фильтр, связанный с выводами переменного тока упомянутого преобразователя и включенный через блок защиты и мягкого пуска (БЗМП) в сеть, а система контроля и управления содержит первый и второй датчики тока, причем первый датчик тока включен на входе нагрузки, а второй датчик тока включен между выходом преобразователя постоянного тока в переменный и входом интегрирующего фильтра, блок ШИМ в котором имеется широтно-импульсный модулятор (ШИМ), отличающимся тем, что в систему контроля и управления введены датчик напряжения, первый, второй и третий блоки аналого-цифрового преобразования (блоки АЦП), блок цифровой обработки, блок цифроаналогового преобразования (блок ЦАП), при этом датчик напряжения входом подключен к выходу источника электроэнергии, а выходом - ко входу второго блока АЦП, выход которого соединен с первым входом блока цифровой обработки, ко второму входу которого подключен выход третьего блока АЦП, вход которого соединен с выходом первого датчика тока, выход второго датчика тока подключен ко входу первого блока АЦП, выход которого подключен к третьему входу блока цифровой обработки, выход которого соединен со входом блока ЦАП, выход которого соединен со входом блока ШИМ, выход которого подключен ко входу преобразователя постоянного тока в переменный, при этом блок цифровой обработки содержит k цифровых понижающих преобразователей (ЦПП), вход первого из которых является первым входом блока цифровой обработки, а его выход соединен со входом первого из k фазовых детекторов, выход которого подключен к первому входу первого из k синтезаторов, выход которого соединен со входами первого и второго сумматоров, входы со второго по k-ый цифровых понижающих преобразователей объединены и являются вторым входом блока цифровой обработки, а их выходы подключены ко входам соответствующих с первого по n-ый амплитудного и со второго по k-й фазового детекторов (где k=n+1, n - число гармоник тока), выходы которых подключены к первому и второму входам соответствующего со второго по k-ый синтезаторов, причем выход первого амплитудного детектора связан также со вторым входом первого синтезатора, выход которого соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выход второго синтезатора соединен со вторым входом второго сумматора, первым входом третьего сумматора и с соответствующим входом селектора, а выходы с третьего по k-ый синтезаторов подключены к соответствующим входам четвертого сумматора, которые также связаны с соответствующими входами селектора к другим соответствующим входам которого подключены выходы первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, причем выход третьего сумматора соединен также с соответствующим входом четвертого сумматора, а второй вход первого сумматора соединен со вторым входом третьего сумматора и со вторым входом блока цифровой обработки, выход селектора соединен с первыми входами последовательно соединенных шестого и пятого сумматоров, при этом второй вход шестого сумматора является третьим входом блока цифровой обработки, выходом которого является выход пятого сумматора.
Предлагаемое устройство может содержать согласующие устройства, которые могут быть включены либо на входах первого, второго и третьего блоков АЦП и выходе ЦАП, либо на выходах первого и второго датчиков тока и датчика напряжения, а также на входе блока ШИМ.
Введение в предлагаемое устройство датчика напряжения позволяет выделить реальное напряжение на выходе источника электроэнергии.
При этом первый, второй и третий блоки АЦП введены в данное устройство для преобразования в цифровую форму выходных сигналов с датчиков тока и с датчика напряжения для их последующих преобразований в блоке цифровой обработки.
Наличие в блоке цифровой обработки цифровых понижающих преобразователей позволяет выделить на их выходах квадратурные составляющие (I/Q) для каждой из n гармонических составляющих тока и первой гармоники напряжения, а введенные в блок цифровой обработки амплитудные и фазовые детекторы позволяют определить амплитуды и начальные фазы каждой из n гармоник тока и первой гармоники напряжения. Установленные в блоке цифровой обработки синтезаторы позволяют сформировать эталонный сигнал тока сети и гармонические составляющие тока от первой до n-ой гармоники. В сумматорах от первого до четвертого блока цифровой обработки осуществляется вычисление сигнала полной компенсации всех искажений (гармонических и комбинационных составляющих) и реактивной мощности, а также формирование сигналов для компенсации только реактивной мощности основной частоты, компенсации всех присутствующих в кривой тока сети искажений (гармонических и комбинационных составляющих) и вычисление комбинационной помехи. Введенный в блок цифровой обработки селектор позволяет осуществлять выбор вариантов компенсации: либо по отдельности осуществлять компенсацию высших гармонических составляющих тока с возможностью выбора компенсации отдельных гармоник с полным или частичным подавлением, либо компенсацию комбинационных составляющих тока, компенсацию реактивной мощности, поступающей в сеть, в широком диапазоне ее изменения и независимо от характера нагрузки и с возможностью регулирования степени компенсации, либо осуществлять различные комбинации вариантов компенсации. Шестой сумматор блока цифровой обработки определяет ошибку между выходным сигналом селектора и выходным сигналом первого блока АЦП, а пятый сумматор осуществляет алгебраическое суммирование этого сигнала ошибки с выходным сигналом селектора, в результате чего компенсируются искажения, вносимые силовой частью устройства. Для обратного преобразования цифрового выходного сигнала блока цифровой обработки в аналоговый сигнал введен блок ЦАП, с выхода которого сигнал подается в блок ШИМ и далее в силовую часть устройства, где формируется сигнал компенсации, который вводится в сеть.
Таким образом, введенные в предлагаемое устройство блоки позволяют решить поставленную задачу.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.
Согласно чертежу устройство компенсации искажений тока и реактивной мощности содержит силовую часть и систему контроля и управления.
Силовая часть содержит включенный на выходе источника 1 электроэнергии блок 2 защиты и мягкого пуска (БЗМП), вход которого соединен с выходом интегрирующего фильтра 3, вход которого соединен с выходом переменного тока преобразователя 4 постоянного тока в переменный, выполненного на основе IGBT-инвертора с накопителем энергии (конденсатором).
Система контроля и управления состоит из датчика 5 напряжения, первого 6 и второго 7 датчиков тока, первого 8, второго 9 и третьего 10 блоков АЦП, блока 11 цифровой обработки, блок 12 ЦАП и блока ШИМ 13. При этом датчик 7 тока включен между входом интегрирующего фильтра 3 и выходом преобразователя 4 постоянного тока в переменный, вход которого соединен с выходом блока ШИМ 13, вход которого связан с выходом блока 12 ЦАП, вход которого соединен с выходом блока 11 цифровой обработки. Датчик 5 напряжения входом включен на выходе источника 1 электроэнергии, а выходом подключен ко входу второго блока АЦП 9, выход блока АЦП 9 соединен с первым входом блока 11 цифровой обработки. Выход первого датчика 6 тока соединен со входом третьего блока АЦП 10, выход которого подключен ко второму входу блока 11 цифровой обработки, третий вход которого соединен с выходом первого блока АЦП 8, вход которого связан с выходом второго датчика 7 тока.
Блок 11 цифровой обработки включает k цифровых понижающих преобразователей 141-14k, (где k=n+1, n - число гармоник тока), причем вход первого 141 цифрового понижающего преобразователя является первым входом блока 11 цифровой обработки, а объединенные входы со второго по k-й 142-14k цифровых понижающих преобразователей являются вторым входом блока 11 цифровой обработки. Выход первого 141 цифрового понижающего преобразователя подключен ко входу первого 151 из k фазовых детекторов, выходы цифровых понижающих преобразователей со второго 142 по k-й 14k, подключены ко входам соответственно второго фазового 152 и первого амплитудного 161 детекторов и k-го фазового 15k и n-го амплитудного 16n детекторов. Выход первого 151 фазового детектора подключен к первому входу первого 171 синтезатора, второй вход которого объединен с первым входом второго 172 синтезатора и подключен к выходу первого 161 амплитудного детектора, выход второго 152 фазового детектора подключен ко второму входу второго 172 синтезатора, а выходы амплитудных детекторов со второго по n-ый 162 по 16n и фазовых детекторов с третьего 153 по k-й 15k подключены соответственно к первому и второму входам соответствующих с третьего 173 по n-й 17n синтезаторов. Выход первого 171 синтезатора подключен к точке соединения первого входа первого 181 и второго входа второго 182 сумматоров, выход второго 172 синтезатора подключен к точке соединения первого входа второго 182 и второго входа третьего 183 сумматоров, а также к соответствующему входу селектора 19, а выходы с третьего 173 по k-й 17k, синтезаторов подключены к соответствующим входам четвертого 184 сумматора, к еще одному входу которого подключен выход третьего 183 сумматора, соединенный также с соответствующим входом селектора 19, к другим соответствующим входам которого подключены соответственно выход четвертого 184 сумматора, выходы с третьего 173 по k-й 17k синтезаторов и выходы первого 181 и второго 182 сумматоров, а второй вход первого 181 и первый вход третьего 183 сумматоров подключены ко второму входу блока 11 цифровой обработки. Выход селектора 19 подключен к первому входу шестого 186 и ко второму входу пятого 185 сумматоров, второй вход шестого 186 сумматора является третьим входом блока 11 цифровой обработки, выход шестого 186 сумматора подключен к первому входу пятого 185 сумматора, выход которого является выходом блока 11 цифровой обработки. Первый датчик 6 тока включен на входе нагрузки 20.
Устройство компенсации искажений тока и реактивной мощности работает следующим образом: аналоговые сигналы с датчиков 7 и 6 тока, а также с датчика 5 напряжения поступают на блоки аналого-цифрового преобразования (блоки АЦП) 8, 9, 10, где преобразуются в цифровые сигналы, при этом либо в блоках АЦП 8, 9, 10 и ЦАП 12, либо в датчиках тока 6, 7 и напряжения 5 и в блоке 13 ШИМ могут быть включены согласующие устройства. С выходов блоков АЦП 8, 9, 10 цифровые сигналы поступают на первый, второй и третий входы блока 11 цифровой обработки, где происходит сбор информации об искажениях тока и реактивной мощности поступающей в сеть, вычисление и выбор сигнала компенсации и его коррекция по сигналу, поступающему с блока АЦП 8. Сформированный и откорректированный таким образом цифровой сигнал подается на блок цифроаналогового преобразования (блок ЦАП) 12, где преобразуется в аналоговый сигнал, который поступает на блок 13 ШИМ. В блоке ШИМ 13 посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) формируется сигнал управления. С выхода блока ШИМ 13 модулированный сигнал подается на преобразователь 4 постоянного тока в переменный. С выхода преобразователя 4 сигнал поступает на вход интегрирующего фильтра 3 и далее через блок 2 защиты и мягкого пуска (БЗМП) вводится в сеть.
Блок 11 цифровой обработки содержит k цифровых понижающих преобразователей 141-14k (ЦПП). На выходе ЦПП 142-14k появляются квадратурные составляющие (I/Q) для каждой из n гармонических составляющих тока (где k=n+1). В ЦПП 141 происходит аналогичное преобразование для первой гармоники напряжения. Далее в амплитудных 161-16n и фазовых 152-15k детекторах определяются амплитуды и начальные фазы каждой из n гармоник тока, а в фазовом детекторе 151 - начальная фаза первой гармоники напряжения. С выхода фазового детектора 151 и амплитудного детектора для первой гармоники тока 161 сигналы поступают на цифровой синтезатор 171, который формирует эталонный сигнал тока сети. Далее этот сигнал поступает на сумматор 181, где происходит вычисление сигнала полной компенсации всех искажений (гармонических и комбинационных составляющих) тока и реактивной мощности. Аналогично, на цифровые синтезаторы 172-17k, каждый из которых формирует гармонические составляющие тока (от 1-ой до n-ой гармоники), поступают соответствующие значения амплитуд и фаз, вычисленные в амплитудных 161-16n и фазовых 152-15k детекторах. С выходов цифровых синтезаторов 171 и 172 сигналы подаются на второй и первый входы сумматора 182 соответственно, где формируется сигнал для компенсации только реактивной мощности основной частоты. С выхода блока АЦП 10 и выхода цифрового синтезатора 172 сигналы поступают на первый и второй входы сумматора 183 соответственно, на выходе которого появляется сигнал для компенсации всех присутствующих в кривой тока сети искажений. Полученный на выходе сумматора 183 сигнал, а также сигналы высших гармонических составляющих, полученных в синтезаторах 173-17k подаются на сумматор 184, где происходит вычисление только комбинационной помехи.
Сигналы с сумматоров 181, 182, 183, 184 и синтезированные сигналы высших гармонических составляющих (от 1-ой до n-ой) подаются на селектор для выбора вариантов компенсации. На основании анализа сигналов селектор 19 выбирает варианты компенсации, либо по отдельности: компенсацию высших гармонических составляющих тока с возможностью выбора компенсации отдельных гармоник с полным или частичным подавлением; компенсацию комбинационных составляющих тока; компенсацию реактивной мощности, поступающей в сеть в широком диапазоне ее изменения и вне зависимости от характера нагрузки (индуктивного или емкостного) с возможностью регулирования степени компенсации, либо различные комбинации перечисленных вариантов.
Сигналы с выходов селектора 19 и блока АЦП 8 поступают на первый и второй входы соответственно сумматора 186 для определения ошибки между выходным сигналом селектора 19 и оцифрованным выходным сигналом преобразователя 4. Далее сигнал ошибки с выхода сумматора 186 поступает на первый вход сумматора 185, где алгебраически суммируется с выходным сигналом селектора 19, компенсируя тем самым искажения вносимые преобразователем 4. С выхода блока 11 цифровой обработки сигнал поступает на блок цифроаналогового преобразования 12, где преобразуется в аналоговый сигнал и далее поступает в блок ШИМ 13, с выхода которого подается на вход силовой части устройства. С выхода силовой части сформированный сигнал компенсации вводится в сеть.
Как видим, результатом работы данного устройства является: обеспечение компенсации высших гармонических составляющих тока с возможностью выбора компенсации отдельных гармоник; компенсация комбинационных составляющих тока; компенсация реактивной мощности поступающей в сеть в широком диапазоне ее изменения и в не зависимости от характера нагрузки (индуктивного или емкостного) с возможностью регулирования степени компенсации; повышение точности компенсации. Перечисленные виды компенсаций могут выполняться как одновременно, так и совместно в различных комбинациях. Таким образом, применение устройства позволяет повысить качество электроэнергии и обеспечить эффективное решение проблемы электромагнитной совместимости потребителей.
Рассмотрим пример выполнения блоков предлагаемого устройства.
Преобразователь постоянного тока в переменный может быть выполнен на основе силовых IGBT-модулей: CM100DY-24NF…CM1400DU-24NF фирмы «Mitsubishi Electric» или FF650R171E4…FF1000R171E4 фирмы «Infineon» с накопителем энергии (конденсатором), по схемам, приведенным в аналогах и прототипе. Блок защиты и мягкого пуска (БЗМП) содержит быстродействующие предохранители, контактор и балластное сопротивление. Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) может быть выполнен на контроллерах типа: 1114ЕУ 4, TL 493, TL 494, TL 495, TDA 16831. В качестве датчиков тока и датчиков напряжения в зависимости от мощности нагрузки могут использоваться датчики тока ДТТ-01…ДТТ-09 или LT4000-S…LT 10000-S и датчики напряжения типа ДН 350Н3, ДН 324НЗ, ACV. АЦП и ЦАП могут быть выполнены на микросхемах AD7760 и AD760 соответственно фирмы «Analog Devices». Согласующие устройства могут содержать усилители типа SGA фирмы «Sirenza», аттенюаторы марки DAT-31R5-SN, согласующие цепи на RC-элементах, фильтры, трансформаторы фирмы «Mini-Circuits» и могут или входить в соответствующие блоки ШИМ, АЦП, ЦАП, датчики тока, датчик напряжения, или могут быть выполнены отдельно. Интегрирующий фильтр представляет собой ФНЧ на LC-элементах. Блок цифровой обработки может быть выполнен на ПЛИС (FPGA) EP2C20…50 фирмы «Альтера».
Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности и расширении функциональных возможностей. В устройстве, содержащем силовую часть и систему контроля и управления, силовая часть содержит преобразователь постоянного тока в переменный, выполненный на основе IGBT-инвертора с накопителем энергии в виде конденсатора, включенного на стороне постоянного тока преобразователя, и интегрирующий фильтр, связанный с выводами переменного тока и включенный через блок защиты и мягкого пуска в сеть, а в систему контроля и управления, содержащую первый и второй датчики тока, причем первый датчик тока включен на входе нагрузки, а второй - между выходом преобразователя и входом интегрирующего фильтра, блок ШИМ, введены датчик напряжения, подключенный через соответствующий блок АЦП к соответствующим входам блока цифровой обработки, выход которого связан со входом блока ШИМ через блок ЦАП, при этом выход блока ШИМ соединен со входом преобразователя. При этом блок цифровой обработки содержит цифровые понижающие преобразователи, амплитудные и фазовые детекторы, синтезаторы и сумматоры связанные между собой, причем входами блока цифровой обработки являются входы соответствующих цифровых понижающих преобразователей и соответствующего сумматора, а выходом - выход другого соответствующего сумматора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
1. Устройство компенсации искажений тока и реактивной мощности, содержащее силовую часть и систему контроля и управления, при этом в силовую часть входит преобразователь постоянного тока в переменный, выполненный на основе IGBT-инвертора, с накопителем энергии в виде конденсатора, включенного на стороне постоянного тока преобразователя, и интегрирующий фильтр, связанный с выводами переменного тока упомянутого преобразователя и включенный через блок защиты и мягкого пуска (БЗМП) в сеть, а система контроля и управления содержит первый и второй датчики тока, причем первый датчик тока включен на входе нагрузки, а второй датчик тока включен между выходом преобразователя постоянного тока в переменный и входом интегрирующего фильтра, блок ШИМ, в котором имеется широтно-импульсный модулятор (ШИМ), отличающееся тем, что в систему контроля и управления введены датчик напряжения, первый, второй и третий блоки аналого-цифрового преобразования (блоки АЦП), блок цифровой обработки, блок цифроаналогового преобразования (блок ЦАП), при этом датчик напряжения входом подключен к выходу источника электроэнергии, а выходом - ко входу второго блока АЦП, выход которого соединен с первым входом блока цифровой обработки, ко второму входу которого подключен выход третьего блока АЦП, вход которого соединен с выходом первого датчика тока, выход второго датчика тока подключен ко входу первого блока АЦП, выход которого подключен к третьему входу блока цифровой обработки, выход которого соединен со входом блока ЦАП, выход которого соединен со входом блока ШИМ, выход которого подключен ко входу преобразователя постоянного тока в переменный, при этом блок цифровой обработки содержит k цифровых понижающих преобразователей (ЦПП), вход первого из которых является первым входом блока цифровой обработки, а его выход соединен со входом первого из k фазовых детекторов, выход которого подключен к первому входу первого из k синтезаторов, выход которого соединен со входами первого и второго сумматоров, входы со второго по k-й цифровых понижающих преобразователей объединены и являются вторым входом блока цифровой обработки, а их выходы подключены ко входам соответствующих с первого по n-й амплитудного и со второго по k-й фазового детекторов (где k=n+1, n - число гармоник тока), выходы которых подключены к первому и второму входам соответствующего со второго по k-й синтезаторов, причем выход первого амплитудного детектора связан также со вторым входом первого синтезатора, выход которого соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выход второго синтезатора соединен со вторым входом второго сумматора, первым входом третьего сумматора и с соответствующим входом селектора, а выходы с третьего по k-й синтезаторов подключены к соответствующим входам четвертого сумматора, которые также связаны с соответствующими входами селектора, к другим соответствующим входам которого подключены выходы первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, причем выход третьего сумматора соединен также с соответствующим входом четвертого сумматора, а второй вход первого сумматора соединен со вторым входом третьего сумматора и со вторым входом блока цифровой обработки, выход селектора соединен с первыми входами последовательно соединенных шестого и пятого сумматоров, при этом второй вход шестого сумматора является третьим входом блока цифровой обработки, выходом которого является выход пятого сумматора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит согласующие устройства, каждое из которых включено на входах первого, второго и третьего АЦП и выходе ЦАП.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит согласующие устройства, каждое из которых включено на выходах первого и второго датчиков тока, датчика напряжения, а также на входе блока ШИМ.
| JP 2006185243 А, 13.07.2006 | |||
| RU 99110504 А, 20.05.2001 | |||
| ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЕНСАТОРОМ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ | 1991 |
|
RU2006128C1 |
| Устройство компенсации реактивной мощности | 1988 |
|
SU1576978A1 |
| JP 2001186752 А, 06.07.2001. | |||
