СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2013 года по МПК H02M1/12 H02M5/452 H02M7/217 H02P21/00 

Область техники

Изобретение отмоется к области силовой электроники. Оно направлено на способ эксплуатации преобразовательной схемы и устройство для осуществления способа в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы.

Уровень техники

Традиционные преобразовательные схемы включают в себя множество управляемых силовых полупроводниковых выключателей, которые известным образом соединены для коммутации, по меньшей мере, двух уровней коммутируемого напряжения. Обычно такая преобразовательная схема соединена с электрической сетью переменного напряжения, которая выполнена, в частности, трехфазной. Такие преобразовательные схемы часто используются в промышленном оборудовании, причем они связаны с сетью, и, конечно, возможны другие области и возможности их применения.

Для эксплуатации преобразовательной схемы предусмотрено регулирующее устройство, которое содержит регулирующий блок для формирования регулирующего сигнала за счет регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов до заданного значения сетевого тока и через управляющую схему для формирования управляющего сигнала из регулирующего сигнала соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями, причем Н-я доля высших гармоник формируется преобразовательной схемой и составляет, как правило, Н=1, 2, 3, …. Типичные значения Н составляют 5, 7, 11, 13. Управляющий сигнал управляет тем самым силовыми полупроводниковыми выключателями.

Описанный выше способ эксплуатации преобразовательной схемы позволяет отрегулировать посредством регулирующего устройства Н-ю долю высших гармоник сетевых токов до заданного значения сетевого тока. Однако в электрической сети переменного напряжения помимо долей высших гармоник в токах могут возникать также доли высших гармоник в напряжениях, которые, однако, невозможно отрегулировать и тем самым уменьшить известным, описанным выше способом.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа эксплуатации преобразовательной схемы, с помощью которого можно было бы уменьшить долю высших гармоник в напряжениях соединенной с преобразовательной схемой электрической сети переменного напряжения. Кроме того, задачей изобретения является создание устройства, с помощью которого особенно простым образом можно было бы осуществить способ.

Эти задачи решаются посредством признаков п.п.1 и 7 формулы. В зависимых пунктах приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Преобразовательная схема содержит преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и соединена с трехфазной электрической сетью переменного напряжения. В предложенном способе управление управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями происходит посредством сформированного из регулирующего сигнала управляющего сигнала, а регулирующий сигнал формируется за счет регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов до заданного значения сетевого тока, причем Н=1, 2, 3, …. Согласно изобретению заданное значение сетевого тока формируется за счет регулирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений до величины заданного значения сетевого напряжения. Таким образом, соответствующая Н-я доля высших гармоник сетевых напряжений непосредственно влияет на формирование заданного значения сетевого напряжения, так что Н-я доля высших гармоник в сетевых напряжениях может быть уменьшена в желаемой степени.

Предложенное устройство для осуществления способа содержит служащее для формирования регулирующего сигнала S_R регулирующее устройство, которое через управляющую схему для формирования управляющего сигнала соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями, причем регулирующее устройство содержит первый регулирующий блок для формирования регулирующего сигнала за счет регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов до заданного значения сетевого тока, а Н=1, 2, 3, …. Согласно изобретению регулирующее устройство содержит второй регулирующий блок для формирования заданного значения сетевого тока за счет регулирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений до величины заданного значения сетевого напряжения. Предложенное устройство для осуществления способа может быть реализовано, следовательно, очень просто и недорого, поскольку схемные затраты могут быть крайне малы, а, кроме того, конструкция требует лишь небольшого числа элементов. Таким образом, с немощью этого устройства способ может быть осуществлен особенно просто.

Эти и другие задачи, преимущества и признаки настоящего изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления в сочетании с чертежами.

Краткое описание чертежей

На чертежах изображают:

- фиг.1: вариант устройства для осуществления способа эксплуатации преобразовательной схемы;

- фиг.2: вариант предложенного регулирующего устройства;

- фиг.3: временную характеристику величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений.

Ссылочные позиции на чертежах и их значение объединены в перечне. В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты, которые следует понимать как пример, не имеют ограничительного действия.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 изображен вариант устройства для осуществления способа эксплуатации преобразовательной схемы. Преобразовательная схема содержит на фиг.1 преобразовательный блок 2 с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и соединена с трехфазной электрической сетью 1 переменного напряжения. Следует сказать, что преобразовательный блок 2 может быть выполнен, в целом, в виде любого преобразовательного блока для коммутации ≥2 уровней коммутируемого напряжения (многоуровневая преобразовательная схема). Управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством сформированного из регулирующего сигнала S_R управляющего сигнала S_A, а регулирующий сигнал S_R формируют за счет регулирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых токов i _NH до заданного значения i _NHref сетевого тока, причем Н=1, 2, 3, …. Согласно изобретению заданное значение i _NHref сетевого тока формируется за счет регулирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u_NH до величины заданного значения u_NHref сетевого напряжения. Таким образом, соответствующая Н-я доля высших гармоник сетевых напряжений u _NH, в частности величина Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u_NH, непосредственно влияет на формирование заданного значения i _NHref сетевого тока, так что Н-я доля высших гармоник в сетевых напряжениях может быть уменьшена в желаемой степени. Временная характеристика величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u_NH изображена на фиг.3, причем видно заметное уменьшение Н-й доли высших гармоник в зависимости от времени.

Оказалось, что регулирование величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u_NH до величины ладанного значения u_NHref сетевого напряжения происходит по пропорционально-интегральной характеристике, поскольку она отличается простотой. Возможна также любая другая регулировочная характеристика.

Преимущественно величина Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u_NH формируется посредством преобразования Парка-Кларка сетевых напряжений u_Nd, u_Nq, а заданное значение i _NHref сетевого тока формируется дополнительно из фазного угла φ_H Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u _NH. u_Nd и u_Nq являются соответствующими составляющими преобразования Парка-Кларка сетевых напряжений.

Следует сказать, что преобразование Парка-Кларка определяется в целом как

x=(x_d+jx_q)e^iωt

где x обозначает, в целом, комплексную величину, x_d - d-составляющую преобразования Парка-Кларка величины x, а x_q - q-составляюшую преобразования Парка-Кларка величины x. Предпочтительно при преобразовании Парка-Кларка преобразуются не только колебание основной гармоники комплексной величины x, но и все встречающиеся доли высших гармоник комплексной величины x. Следовательно. Н-я доля высших гармоник также содержится и может быть удалена за счет простого отфильтровывания.

В отношении предложенного способа преобразование Парка-Кларка сетевых напряжений u_Nd, u_Nq осуществляется на основе пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений u_Nα, u_Nβ, т.е. сетевые напряжения u_Na, u_Nb, u_Nc преобразуются посредством пространственно-векторного преобразования.

Следует сказать, что пространственно-векторное преобразование определено как

x=x_α+jx_β

где x обозначает, в целом, комплексную величину, x_α - α-составляющую пространственно-векторного преобразования величины x, а x_β - β-составляющую пространственно-векторного преобразования величины x.

Преимущественно Н-я доля высших гармоник сетевых токов i _NH формируется посредством преобразования Парка-Кларка сетевых токов i_Nd, i_Nq. i_Nd и i_Nq являются соответствующими составляющими преобразования Парка-Кларка сетевых токов. Преобразование Парка-Кларка сетевых токов i_Nd, i_Nq осуществляется на основе пространственно-векторного преобразования сетевых токов i_Nα, i_Nβ, т.е. сетевые токи i_Na, i_Nb, i_Nc преобразуются посредством пространственно-векторного преобразования.

Как уже сказано, на фиг.1 изображен вариант устройства для осуществления способа эксплуатации преобразовательной схемы. На фиг.1 служащее для формирования регулирующего сигнала S_R регулирующее устройство 4 через управляющую схему 3 для формирования управляющего сигнала S_A соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 2. На фиг.2 изображен вариант регулирующего устройства 4, причем оно содержит первый регулирующий блок 5 для формирования регулирующего сигнала S_R за счет регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов i _NH до заданного значения i _NHref сетевого тока, а Н=1, 2, 3, …. Согласно изобретению регулирующее устройство 4 содержит второй регулирующий блок 6 для формирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u_NH до величины заданного значения u_NHref сетевого напряжения.

Преимущественно второй регулирующий блок 6 для регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u_NH до величины заданного значения u_NHref сетевого напряжения содержит пропорционально-интегральный регулятор.

На фиг.2 регулирующее устройство 4 содержит первый вычислительный блок 7 для осуществления преобразования Парка-Кларка сетевых напряжении u_Nd, u_Nq на основе пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений u_Nα, u_Nβ и для формирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u_NH на основе пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений u_Nd, u_Nq. Кроме того, на первый вычислительный блок 7 подается фазный угол ϕ_H Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u _NH для формирования заданного значения i _NHref сетевого тока дополнительно из фазного угла ϕ_H Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u _NH.

Далее регулирующее устройство 4 на фиг.2 содержит второй вычислительный блок 8 для осуществления пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений u_Nα, u_Nβ. Кроме того, регулирующее устройство 4 содержит третий вычислительный блок 9 для осуществления преобразования Парка-Кларка сетевых токов i_Nd, i_Nq на основе пространственно-векторного преобразования сетевых токов i_Nα, i_Nβ и для формирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов i _NH на основе преобразования Парка-Кларка сетевых токов i_Nα, i_Nβ. Регулирующее устройство 4 содержит также четвертый вычислительный блок 10 для осуществления пространственно-векторного преобразования сетевых токов i_Nα, i_Nβ.

Подробно описанный выше способ и устройство для его осуществления вызывают уменьшение Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений u _NH. Понятно, что для уменьшения, например, нескольких долей высших гармоник сетевых напряжений способ осуществляется с соответствующими этапами для каждой из этих долей по отдельности. В отношении устройства для уменьшения долей высших гармоник для каждой из этих долей требуется соответствующее описанное выше устройство.

Все этапы способа могут быть реализованы в виде программы, причем они тогда могут быть загружены, например, в компьютер, в частности с цифровым сигнальным процессором. Предложенное устройство может быть реализовано также компьютером, в частности цифровым сигнальным процессором.

В общем, удалось показать, что изображенное, в частности, на фиг.1 и 2 устройство может быть реализовано очень просто и недорого, поскольку схемные затраты крайне малы, а, кроме того, конструкция требует лишь небольшого числа элементов. Таким образом, с помощью этого устройства способ может быть осуществлен особенно просто.

Перечень ссылочных позиций

1 - электрическая сеть переменного напряжения

2 - преобразовательный блок

3 - управляющая схема

4 - регулирующее устройство

5 - первый регулирующий блок

6 - второй регулирующий блок

7 - первый вычислительный блок

8 - второй вычислительный блок

9 - третий вычислительный блок

10 - четвертый вычислительный блок

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано при эксплуатации преобразовательной схемы. Техническим результатом является уменьшение доли высших гармоник в напряжениях электрической сети переменного напряжения. В способе эксплуатации преобразовательной схемы, содержащей преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и соединенной с электрической сетью переменного напряжения, управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством сформированного из регулирующего сигнала (S_R) управляющего сигнала (S_A), а регулирующий сигнал (S_R) формируют за счет регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов (i_NH) до заданного значения (i_NHref) сетевого тока, причем Н=1, 2, 3, …. Заданное значение (i_NHref) сетевого тока формируют за счет регулирования величины заданного значения (u_NHref) сетевого напряжения. Кроме того, описано устройство для осуществления способа. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ эксплуатации преобразовательной схемы, содержащей преобразовательный блок (2) с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и соединенной с электрической сетью (I) переменного напряжения, при котором управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством сформированного из регулирующего сигнала (S_R) управляющего сигнала (S_A), а регулирующий сигнал (S_R) формируют за счет регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов (i_NH) до заданного значения (i_NHref) сетевого тока, причем Н=1, 2, 3, …, отличающийся тем, что заданное значение (i_NHref) сетевого тока формируют за счет регулирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений (u_NH) до величины заданного значения (i_NHref) сетевого напряжения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений (u_NH) формируют посредством преобразования Парка-Кларка сетевых напряжений (u_Nd, u_Nq), при этом заданное значение (i_NHref) сетевого тока формируют дополнительно из фазного угла (φ_H) H-й доли высших гармоник сетевых напряжений (u_NH).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что преобразование Парка-Кларка сетевых напряжений (u_Nd, u_Nq) осуществляют на основе пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений (u_Nα, u_Nβ).

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что Н-ю долю высших гармоник сетевых токов (i_NH) формируют посредством преобразования Парка-Кларка сетевых токов (i_Nd, i_Nq).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что преобразование Парка-Кларка сетевых токов (i_Nd, i_Nq) осуществляют на основе пространственно-векторного преобразования сетевых токов (i_Nα, i_Nβ).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений (u_NH) до величины заданного значения (u_NHref) сетевого напряжения осуществляют по пропорционально-интегральной характеристике.

7. Устройство для осуществления способа эксплуатации преобразовательной схемы, содержащей преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и соединенной с электрической сетью переменного напряжения, содержащее предназначенное для формирования регулирующею сигнала (S_R) регулирующее устройство (4), соединенное через управляющую схему (3) для формирования управляющего сигнала (S_A) с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями, причем регулирующее устройство (4) содержит первый регулирующий блок (5) для формирования регулирующего сигнала (S_R) за счет регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов (i_NH) до заданного значения (i_NHref) сетевого тока, причем Н=1, 2, 3, …, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит второй регулирующий блок (6), предназначенный для формирования заданного значения (i_NHref) сетевого тока за счет регулирования Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений (u_NH) до величины заданного значения (u_NHref) сетевого напряжения.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит первый вычислительный блок (7) для осуществления преобразования Парка-Кларка сетевых напряжений (u_Nd, u_Nq) на основе пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений (u_Nα, u_Nβ) и для формирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений (u_NH) посредством преобразования Парка-Кларка сетевых напряжений (u_Nd, u_Nq), при этом на первый вычислительный блок (7) подаются фазный угол (φ) Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений (unh) для формирования заданного значения (i_NHref) сетевого тока дополнительно из фазного угла (φ_H) Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений (u_NH).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит второй вычислительный блок (8) для осуществления пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений (u_Nα, u_Nβ).

10. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит третий вычислительный блок (9) для осуществления преобразования Парка-Кларка сетевых токов (i_Nd, i_Nq) на основе пространственно-векторного преобразования сетевых токов (i_Nα, u_Nβ) и для формирования Н-й доли высших гармоник сетевых токов (i_NH) на основе преобразования Парка-Кларка сетевых токов (i_Nd, i_Nq).

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит четвертый вычислительный блок (10) для осуществления пространственно-векторного преобразования сетевых токов (i_Nd, i_Nq).

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что второй регулирующий блок (6) для регулирования величины Н-й доли высших гармоник сетевых напряжений (u_NH) до величины заданного значения (u_NHref) сетевого напряжения содержит пропорционально-интегральный регулятор.