УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХУРОВНЕВЫМ ТРЕХФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК H02M7/53862 

Описание патента на изобретение RU2834630C1

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, а именно к преобразованию энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тока на выходе с помощью статических преобразователей, выполненных на полупроводниковых приборах с управляющим электродом с использованием приборов типа транзистора, для которых требуется непрерывный управляющий сигнал и может быть использовано для подавления колебаний режимных параметров двухуровневого трехфазного инвертора напряжения.

Известно устройство для управления трехфазным инвертором напряжения [Система автоматического управления силовым преобразователем на основе свободно конфигурируемой структуры виртуального синхронного генератора Суворов А.А., Аскаров А.Б., Андреев М.В., Бай Ю.Д., Рудник В.Е. Электричество. 2022.№4. С. 15-26], которое выбрано в качестве прототипа, содержащее блок внешнего уровня управления, в котором блок канала стабилизации соединен с блоком воспроизведения автоматического регулятора напряжения, который связан с первым сумматором, блок внутреннего уровня управления содержит блок автоматического регулятора частоты и мощности, который подключен к блоку модели ротора, первый и второй выходы которого соединены с блоком имитации электрической машины, к которому подключен блок управления возбуждением, а блок имитации электрической машины подключен к блоку расчета мощности, при этом выходы которого связаны c блоком управления возбуждением, с блоком модели ротора, со вторым и третьим сумматорами, которые соединены с блоком расчета опорных токов, который связан с блоком внутреннего контура управления током, который подключен к блоку преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, выход которого соединен с блоком широтно-импульсной модуляции, при этом первый сумматор связан со вторым сумматором. Блок широтно-импульсной модуляции подключен к базам IGBT транзисторов трехфазного инвертора напряжения.

Недостатком известного устройства является возникновение перерегулирования и длительное время затухания переходного процесса при функционировании двухуровневого трехфазного инвертора напряжения в электрических сетях с низким коэффициентом отношения короткого замыкания, то есть в слабых сетях.

Техническим результатом предложенного устройства является расширение арсенала технических средств, позволяющих демпфировать колебания режимных параметров двухуровневого трехфазного инвертора напряжения в электрических сетях с низким коэффициентом отношения короткого замыкания.

Предложенное устройство, также как в прототипе, содержит блок внешнего уровня управления, в котором блок канала стабилизации соединен с блоком воспроизведения автоматического регулятора напряжения, который связан с первым сумматором, при этом блок внутреннего уровня управления содержит блок автоматического регулятора частоты и мощности, который подключен к блоку модели ротора), первый и второй выходы которого соединены с блоком имитации электрической машины, к которому подключен блок управления возбуждением, а блок имитации электрической машины подключен к блоку расчета мощности, выходы которого связаны c блоком управления возбуждением, с блоком модели ротора, со вторым и третьим сумматорами, которые соединены с блоком расчета опорных токов, который связан с блоком внутреннего контура управления током, который подключен к блоку преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, выход которого соединен с блоком широтно-импульсной модуляции, причем первый сумматор связан со вторым сумматором.

Согласно изобретению, блок внешнего уровня управления дополнительно содержит первый блок, задающий уставку по реактивной мощности, который подключен к первому сумматору. Блок внутреннего уровня управления дополнительно содержит блок, задающий уставку по частоте, который подключен к блоку автоматического регулятора частоты и мощности, первый блок, задающий уставку по активной мощности, который подключен к блоку модели ротора, второй блок, задающий уставку по реактивной мощности, который подключен к блоку управления возбуждением. Второй блок, задающий уставку по активной мощности соединен с блоком автоматического регулятора частоты и мощности и с третьим сумматором. Блок обратного преобразования цифровых сигналов из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся dq-систему координат соединён с блоком инерционного звена, который подключён к блоку имитации электрической машины, к блоку расчета мощности и к двум входам блока внутреннего контура управления током. Выходы блока широтно-импульсной модуляции подключены к первому, второму и третьему логическим элементам НЕ и к первому блоку драйверов. Первый логический элемент НЕ подключен ко второму блоку драйверов. Выход блока широтно-импульсной модуляции подключен к третьему блоку драйверов, а второй логический элемент HE соединен с четвертым блоком драйверов. Выход блока широтно-импульсной модуляции подключен к пятому блоку драйверов. Третий логический элемент НЕ соединен с шестым блоком драйверов. Выход каждого из шести указанных блоков драйверов подключен к базе соответствующего IGBT транзистора двухуровневого трехфазного инвертора напряжения.

Двухуровневый трехфазный инвертор напряжения (1) содержит три пары последовательно соединенных между собой IGBT транзисторов (36 и 37), (38 и 39) и (40 и 41), причем эти пары подключены параллельно друг другу. К каждому IGBT транзистору (36 - 41) встречно подключен соответствующий обратный диод (42 - 47). К базе первого IGBT транзистора (36) подключен выход пятого блока драйверов (32). К базе второго IGBT транзистора (37) подключен выход шестого блока драйверов (35). К базе третьего IGBT транзистора (38) подключен выход третьего блока драйверов (31). К базе четвертого IGBT транзистора (39) подключен выход четвертого блока драйверов (34), к базе пятого IGBT транзистора (40) подключен выход первого блока драйверов (32). К базе шестого IGBT транзистора (41) подключен выход второго блока драйверов (33). К общей точке соединения эмиттера каждого IGBT транзистора (36-41) и анода соответствующего диода (42-47) подключен источник электрической энергии (48). Общая точка соединения эмиттера первого транзистора (36) и анода первого диода (42) и общая точка соединения коллектора второго транзистора (37) и катода второго диода (43) предназначены для подключения к фазе A, общая точка соединения эмиттера третьего транзистора (38) и анода третьего диода (44) и общая точка соединения коллектора четвертого транзистора (39) и катода четвертого диода (45) предназначены для подключения к фазе Б, общая точка соединения эмиттера пятого транзистора (40) и анода пятого диода (46) и общая точка соединения коллектора шестого транзистора (41) и катода шестого диода (47) предназначены для подключения к фазе С.

Устройство предложенной конструкции позволяет избежать перерегулирования и добиться снижения времени затухания переходного процесса при функционировании двухуровневого трехфазного инвертора напряжения в электрических сетях с низким коэффициентом отношения короткого замыкания, то есть в слабых сетях.

На фиг. 1 показана схема устройства для управления двухуровневым трехфазным инвертором напряжения.

На фиг. 2 приведено сравнение демпфирующих возможностей устройства-прототипа и предлагаемого устройства при увеличении индуктивного сопротивления сети от 0,15 до 0,95 отн. ед., где а) - зависимость выходной активной мощности от времени двухуровневого трехфазного инвертора напряжения при управлении устройством-прототипом; б) - зависимость выходной активной мощности от времени двухуровневого трехфазного инвертора напряжения при управлении предлагаемым устройством; в) - зависимость выходной реактивной мощности от времени двухуровневого трехфазного инвертора напряжения при управлением устройством-прототипом; г) - зависимость выходной реактивной мощности от времени двухуровневого трехфазного инвертора напряжения при управлении предлагаемым устройством.

Устройство для управления двухуровневым трехфазным инвертором напряжения 1 (ИН) содержит устройство управления 2 (УУ), которое содержит блок внешнего уровня управления 3 (БВнешУУ), блок внутреннего уровня управления 4 (БВнутУУ) и блок контура управления током 5 (БКУТ).

Блок внешнего уровня управления 3 (БВнешУУ) содержит блок канала стабилизации 6 (БКС), который соединен с блоком воспроизведения автоматического регулятора напряжения 7 (БАРН), выход которого связан с первым сумматором 8 (С1), к которому подключен первый блок, задающий уставку по реактивной мощности 9 (БЗУР1).

К блоку канала стабилизации 6 (БКС) подключен датчик частоты, который расположен в месте подключения двухуровневого трехфазного инвертора напряжения к энергосистеме (на фиг. 1 не показано).

Блок внутреннего уровня управления 4 (БВнутУУ) содержит блок автоматического регулятора частоты и мощности 10 (БАРЧМ), к входу которого подключен блок, задающий уставку по частоте 11 (БЗУЧ). Выход блока автоматического регулятора частоты и мощности 10 (БАРЧМ) подключен к блоку модели ротора 12 (БМР), к выходу которого подключен первый блок, задающий уставку по активной мощности 13 (БЗУА 1). Первый и второй выходы блока модели ротора 12 (БМР) подключены к блоку имитации электрической машины 14 (БИЭМ), к которому подключен блок управления возбуждением 15 (БУВ). Выход блока имитации электрической машины 14 (БИЭМ) подключен к входу блока расчета мощности 16 (БРМ). Второй блок, задающий уставку по реактивной мощности 17 (ВБУР2), подключен к блоку управления возбуждением 15 (БУВ). Блок модели ротора 12 (БМР) обратной связью соединен с блоком автоматического регулятора частоты и мощности 10 (БАРЧМ).

Блок контура управления током 5 (БКУТ) содержит второй блок, задающий уставку по активной мощности 18 (БЗУА 2), который подключен к входу третьего сумматора 19 (С3) и к входу блока автоматического регулятора частоты и мощности 10 (БАРЧМ). Второй 20 (С2) и третий 19 (С3) сумматоры соединены с блоком расчета опорных токов 21 (БРОТ), который соединен с блоком внутреннего контура управления током 22 (ВКУТ), выход которого подключен к входу блока преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат 23 (БП).

Третий, четвертый и пятый выходы блока модели ротора 12 (БМР) подключены соответственно к блоку внутреннего контура управления током 22 (ВКУТ), к блоку преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат 23 (БП), к блоку широтно-импульсной модуляции 26 (БШИМ).

Блок обратного преобразования цифровых сигналов из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся dq-систему координат 24 (БОП) соединён с блоком инерционного звена 25 (БИЗ), который соединен с блоком имитации электрической машины 14 (БИЭМ), блоком расчета мощности 16 (БРМ), двумя цифровыми входами блока внутреннего контура управления током 22 (ВКУТ).

Первый сумматор 8 (С1) связан со вторым сумматором 20 (С2). Блок расчета мощности 16 (БРМ) соединен со вторым 20 (С2) и с третьим 19 (С3) сумматорами, с блоком модели ротора 12 (БМР) и с блоком управления возбуждением 15 (БУВ).

Выход блока преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат 23 (БП) подключен к блоку широтно-импульсной модуляции 26 (БШИМ), выходы которого подключены к первому 27, второму 28 и третьему 29 логическим элементам НЕ (ЛН1-ЛН3), к первому блоку драйверов 30 (БД1), к третьему блоку драйверов 31 (БД3), к пятому блоку драйверов 32 (БД5), первый логический элемент НЕ 27 (ЛН1) подключен ко второму блоку драйверов 33 (БД2), второй логический элемент HE 28 (ЛН2) соединен с четвертым блоком драйверов 34 (БД4), третий логический элемент НЕ 29 (ЛН3) соединен с шестым блоком драйверов 35 (БД6), выходы шести блоков драйверов 30-35 (БД1-БД6) подключены к базам шести IGBT транзисторов 36-41 двухуровневого трехфазного инвертора напряжения 1 (ИН).

Пятый блок драйверов 32 (БД5) подключен к базе первого IGBT транзистора 36, к которому встречно подключен первый обратный диод 42, шестой блок драйверов 35 (БД6) подключен к базе второго IGBT транзистора 37, к которому встречно подключен второй обратный диод 43, третий блок драйверов 31 (БД3) подключен к базе третьего IGBT транзистора 38, к которому встречно подключен третий обратный диод 44, четвертый блок драйверов 34 (БД4) подключен к базе четвертого IGBT транзистора 39, к которому встречно подключен четвертый обратный диод 45, первый блок драйверов 32 (БД1) подключен к базе пятого IGBT транзистора 40, к которому встречно подключен пятый обратный диод 46, второй блок драйверов 33 (БД2) подключен к базе шестого IGBT транзистора 41, к которому встречно подключен шестой обратный диод 47, к общей точке соединения эмиттера каждого IGBT транзистора 36-41 и анода соответствующего диода 42-47 подключен источник электрической энергии 48 (ИЭЭ).

Два IGBT транзистора 36 и 37 с соответствующими встречно подключёнными обратными диодами 42 и 43 соединены последовательно между собой. Два транзистора IGBT 38 и 39 с соответствующими встречно подключёнными обратными диодами 44 и 45 соединены последовательно между собой. Два транзистора IGBT 40 и 41 с соответствующими встречно подключёнными обратными диодами 46 и 47 соединены последовательно между собой.

IGBT транзисторы 36 и 37 с соответствующими встречно подключёнными обратными диодами 42 и 43 подсоединены параллельно к цепочке из последовательно соединенных IGBT транзисторов 38 и 39 с соответствующими встречно подключёнными обратными диодами 44 и 45. IGBT транзисторы 38 и 39 с соответствующими встречно подключёнными обратными диодами 44 и 45 подсоединены параллельно цепочке из IGBT транзисторам 40 и 41 со встречно подключёнными обратными диодами 46, 47.

Точка соединения эмиттера транзистора 36 и анода диода 42 с точкой соединения коллектора транзистора 37 и катода диода 43 предназначены для подключения к фазе A.

Точка соединения эмиттера транзистора 38 и анода диода 44 с точкой соединения коллектора транзистора 39 и катода диода 45 предназначены для подключения к фазе Б.

Точка соединения эмиттера транзистора 40 и анода диода 46 с точкой соединения коллектора транзистора 41 и катода диода 47 предназначены для подключения к фазе С.

Блок внешнего уровня управления 3 (БВнешУУ), блок внутреннего уровня управления 4 (БВнутУУ), блок контура управления током 5 (БКУТ), блок канала стабилизации 6 (БКС), блок воспроизведения автоматического регулятора напряжения 7 (БАРН), первый сумматором 8 (С1), первый блок, задающий уставку по реактивной мощности 9 (БЗУР1), блок автоматического регулятора частоты и мощности 10 (БАРЧМ), блок, задающий уставку по частоте 11 (БЗУЧ), блок модели ротора 12 (БМР), первый блок, задающий уставку по активной мощности 13 (БЗУА1), блок имитации электрической машины 14 (БИЭМ), блок управления возбуждением 15 (БУВ), блок расчета мощности 16 (БРМ), второй блок, задающий уставку по реактивной мощности 17 (ВБУР2), второй блок, задающий уставку по активной мощности 18 (БЗУА2), второй сумматором 20 (С2), третий сумматор 19 (С3), блок расчета опорных токов 21 (БРОТ), блок внутреннего контура управления током 22 (БВКУТ), блок преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат 23 (БП), блок обратного преобразования цифровых сигналов из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся dq-систему координат 24 (БОП), блок инерционного звена 25 (БИЗ), блок широтно-импульсной модуляции 26 (БШИМ), первый логический элемент НЕ 27 (ЛН1), второй логический элемента НЕ 28 (ЛН2), третий логический элемента НЕ 29 (ЛН3) могут быть выполнены на базе микроконтроллера, например, STM32F0, фирмы STMicroelectronics, на ядре CortexM0. Первый блок драйверов 30 (БД1), третий блок драйверов 31 (БД3), пятый блок драйверов 32 (БД5), второй блок драйверов 33 (БД2), четвертый блок драйверов 34 (БД4), шестой блок драйверов 35 (БД6) могут быть выполнены на базе двухканального драйвера 2629КР01Н3.

Использован двухуровневый трехфазный инвертор напряжения 1 (ИН) с шестью IGBT транзисторами и шестью встречно подключенными к ним обратными диодами известный из предшествующего уровня техники [P. M. Koumba, A. Cheriti, M. L. Doumbia, A. El Moubarek Bouzid and H. Chaoui, "Wind turbine control based on a permanent magnet synchronous generator connected to an Isolated electrical network," 2017 IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC), Saskatoon, SK, Canada, 2017, pp. 1-7.].

Устройство работает следующим образом:

При возникновении колебаний режимных параметров в энергосистеме, к которой подключен двухуровневый трехфазный инвертор напряжения, от датчика частоты, расположенного в месте подключения двухуровневого трехфазного инвертора напряжения к энергосистеме, подают цифровой сигнал измеренной частоты сети в блок канала стабилизации 6 (БКС), в котором производят преобразование согласно выражению:

,

где GF1, KF, TF1, TF2 - коэффициенты усиления и постоянные времени;

p - оператор дифференцирования;

Δfu - отклонение частоты сети;

UКС - сигнал по напряжению.

Cформированный сигнал по напряжению UКС подают в блок воспроизведения автоматического регулятора напряжения 7 (БАРН), в котором происходит преобразование сигнала согласно выражению:

,

где Uуст - уставка по напряжению;

U тек - напряжение в месте подключения инвертора к энергосистеме;

Kq - коэффициент статизма по напряжению;

K АРН - постоянная времени интегрирования;

- опорный сигнал по реактивной мощности.

Cформированный сигнал по реактивной мощности подают на первый вход первого сумматора 8 (С1), одновременно на второй вход которого подают уставку от первого блока, задающего уставку по реактивной мощности 9 (БЗУР1) Qуст1 в течение 180 микросекунд. Просуммированный сигнал по реактивной мощности Qсумм направляют на первый вход второго сумматора 20 (С2).

В блоке автоматического регулятора частоты и мощности 10 (БАРЧМ), с учетом задаваемых уставок из второго блока задающего уставку по активной мощности 18 (БЗУА 2) Pуст в течение 180 микросекунд, из блока, задающего уставку по частоте сети 11 (БЗУЧ) ωуст,ном в течение 180 микросекунд, и с учетом обратной связи с блоком модели ротора 12 (БМР) формируют опорное значение имитируемой механической мощности согласно выражению:

,

где ωуст,ном - уставка по частоте сети;

ω ВСГ - частота вращения ротора виртуального синхронного генератора;

Kd - коэффициент статизма по частоте;

P уст - уставка по активной мощности.

Сформированный сигнал подают в блок модели ротора 12 (БМР), который одновременно с этим принимает два цифровых сигнала: первый от блока расчета мощности 16 (БРМ) и второй от первого блока, задающего уставку по активной мощности 13 (БЗУА1) Pустдоп в течение 180 микросекунд, и формируют два выходных сигнала: частоту вращения ротора виртуального синхронного генератора ωВСГ и угол ротора виртуального синхронного генератора θВСГ согласно выражениям:

где PВСГ - выходная активная мощность виртуального синхронного генератора;

P устдоп - дополнительная уставка по активной мощности;

TJ - виртуальная постоянная инерции;

θ ВСГ - угол ротора виртуального синхронного генератора;

ωб - базисная частота вращения ротора;

ωВСГ - частота вращения ротора виртуального синхронного генератора;

k ω - коэффициент статизма по частоте;

k СПК - коэффициент усиления;

H ВСГ = TJ,ВСГ/2 - виртуальная инерция виртуального синхронного генератора.

Одновременно в блок внутреннего контура управления током 22 (ВКУТ) подают сформированный сигнал частоты вращения виртуального синхронного генератора ωВСГ, в блок преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат 23 (БП) подают сигнал сформированного угла ротора виртуального синхронного генератора θВСГ, в блок имитации электрической машины 14 (БИЭМ) подают сигналы ωВСГ и θВСГ, в который одновременно подают сигнал из блока управления возбуждением 15 (БУВ). Одновременно с этим блок управления возбуждением 15 (БУВ), принимающий два цифровых сигнала: первый от блока расчета мощности 16 (БРМ) и второй от второго блока, задающего уставку по реактивной мощности 17 (БЗУР2) Qуст2 в течение 180 микросекунд, формирует результирующее потокосцепление ψf согласно выражению:

,

где - опорный сигнал по реактивной мощности;

Q ВСГ - выходная реактивная мощность виртуального синхронного генератора;

Q уст,ВСГ - уставка по реактивной мощности виртуального синхронного генератора.

В блоке обратного преобразования цифровых сигналов из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся dq-систему координат 24 (БОП) из сигналов токов iabc и напряжений uabc в течение 23 микросекунды формируют сигналы тока i1dq и напряжений u1dq в dq координатах, согласно измеренным значениям токов и напряжений от датчиков в месте подключения двухуровневого трехфазного инвертора напряжения 1 (ИН) к энергосистеме. Сформированные сигналы токов i1dq и напряжений u1dq подают в блок инерционного звена 25 (БИЗ) и далее отфильтрованные сигналы напряжений u1dq подают в блок имитации электрической машины 14 (БИЭМ), в блок расчета мощности 16 (БРМ) и в блок внутреннего контура управления током 22 (БВКУТ), в который также подают отфильтрованные сигналы токов i1dq.

В блоке имитации электрической машины 14 (БИЭМ) используется четырехконтурная схема. Продольная ось d принята опережающей поперечную ось q на 90°. Используют сигналы по напряжению u1d и u1q во вращающейся dq-системе координат для формирования цепи виртуального статора согласно выражениям:

где id,ВСГ - выходной ток виртуального синхронного генератора по оси d;

iq, ВСГ - выходной ток виртуального синхронного генератора по оси q;

Rv - активное сопротивление;

u1d - напряжение по оси d;

u1q - напряжение по оси q;

ψd - потокосцепление по оси d;

ψq - потокосцепление по оси q.

Потокосцепление демпферной обмотки цепи статора определяют согласно выражению:

,

где LQ - индуктивное сопротивление демпферной обмотки;

RQ - активное сопротивление демпферной обмотки.

Одновременно происходит формирование выходных токов виртуального синхронного генератора idq,ВСГ, которые определяют согласно выражениям:

где Lv - индуктивное сопротивление.

и подают в блок расчета мощности 16 (БРМ).

Расчет выходных мощностей виртуального синхронного генератора PВСГ и QВСГ осуществляют в блоке расчета мощности 16 (БРМ) согласно выражениям:

Полученные сигналы по реактивной QВСГ мощности подают в блок управления возбуждением 15 (БУВ) и на второй вход второго сумматора 20 (С2), сигнал по активной мощности виртуального синхронного генератора PВСГ подают в блок модели ротора 12 (БМР) и на второй вход третьего сумматора 19 (С1). Одновременно с этим на первый вход третьего сумматора 19 (С3) подают сигнал из второго блока, задающего уставку по активной мощности 18 (БЗУА2) Pуст в течение 180 микросекунд.

В третьем 19 (С3) и втором 20 (С2) сумматорах формируют результирующие опорные значения активных P* и реактивных Q* мощностей, которые подают в блок расчета опорных токов 21 (БРОТ), в котором одновременно формируют опорные токи согласно выражению (10):

,

где - опорный ток по оси d;

- опорный ток по оси q.

Сформированный сигнал опорного тока подают в блок внутреннего контура управления током 22 (БВКУТ), в котором формируют опорные напряжения во вращающейся dq-системе координат. Сформированные опорные напряжения подают в блок преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат 23 (БП), и далее сформированный сигнал Uabc,м подают на цифровой вход блока широтно-импульсной модуляции 26 (БШИМ). В блоке широтно-импульсной модуляции 26 (БШИМ), в который также подают сигнал по углу ротора виртуального синхронного генератора θВСГ, формируют электрические управляющие сигналы для шести драйверов управления 30-35 (БД1-БД6), которые подключены к базам шести IGBT транзисторов 36-41.

Таким образом с помощью предлагаемого устройства реализуют управление и корректное демпфирование колебаний без возникновения перерегулирования и увеличения времени затухания переходного процесса при функционировании двухуровневого трехфазного инвертора напряжения в электрических сетях с низким коэффициентом отношения короткого замыкания.

В качестве возмущения воспроизводили увеличение уставки активной мощности Pуст от 0 до 0,2 отн. ед., используя устройство-прототип и используя второй блок, задающий уставку по активной мощности 18 (БЗУА2) согласно предлагаемому устройству. При управлении двухуровневым трехфазным инвертором напряжения устройством-прототипом, как показано на фиг. 2 а), происходит увеличение индуктивного сопротивления сети Lс, к которой подключен двухуровневый трехфазный инвертор напряжения, от 0,15 до 0,95 отн. ед., что приводит к снижению коэффициента отношения короткого замыкания и соответственно к снижению силы сети, и характерно существенное увеличение времени набора мощности за время, равное 0,9 секунды. При использовании устройства-прототипа в условиях сильной сети при значении Lс=0,15 отн. ед. проявляется взаимовлияние мощностей, в результате чего происходит существенное отклонение реактивной мощности, как показано на фиг. 2 в). Для предлагаемого устройства, увеличение времени набора мощности является незначительным и составляет 0,15 секунды, как показано на фиг. 2 б). В случае предлагаемого устройства качество демпфирования колебаний при постоянном значении коэффициента усиления kСПК (из выражения 11) остается на высоком уровне при любом изменении индуктивного сопротивления сети Lс. Величина перерегулирования практически неизменна. Полученные кривые реактивной мощности, как показано на фиг. 2 г), подтверждают, что в предлагаемом устройстве управления взаимовлияние мощностей является незначительным. Таким образом, предлагаемое устройство не оказывает негативного влияния на качество динамического отклика в сильной и слабой сети и не вызывает проблемы взаимовлияния мощностей.

Похожие патенты RU2834630C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХУРОВНЕВЫМ ТРЕХФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ 2024
  • Суворов Алексей Александрович
  • Рудник Владимир Евгеньевич
  • Уфа Руслан Александрович
RU2834583C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 2008
  • Бабков Юрий Валерьевич
  • Кузнецов Николай Александрович
  • Перфильев Константин Степанович
  • Романов Игорь Владимирович
  • Стальнов Евгений Юрьевич
RU2361356C1
Способ управления инвертором напряжения в системах бесперебойного питания и системах накопления электрической энергии при резкопеременной нагрузке 2018
  • Харитонов Сергей Александрович
  • Перетятько Павел Валентинович
  • Кучак Сергей Викторович
  • Бачурин Пётр Александрович
RU2697262C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ТОКА ПРИ ПЕРЕХОДЕ В РЕЖИМ ПЕРЕГРУЗКИ 2012
  • Харитонов Сергей Александрович
  • Коробков Дмитрий Владиславович
  • Машинский Вадим Викторович
  • Завертан Сергей Николаевич
  • Бачурин Петр Александрович
RU2522036C2
ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ РЕЖИМОМ РАБОТЫ 2013
  • Темирев Алексей Петрович
  • Цветков Алексей Александрович
  • Киселев Василий Иванович
  • Квятковский Игорь Анатольевич
  • Темирев Алексей Алексеевич
  • Котлов Александр Алексеевич
  • Островский Игорь Павлович
RU2540319C2
Способ управления инвертором напряжения в системах накопления электрической энергии при резкопеременной нагрузке 2020
  • Харитонов Сергей Александрович
  • Кучак Сергей Викторович
  • Бачурин Петр Александрович
RU2733999C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 2012
  • Бабков Юрий Валерьевич
  • Кузнецов Николай Александрович
  • Перфильев Константин Степанович
  • Федоров Алексей Александрович
RU2513035C1
УСТРОЙСТВО ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ДВИГАТЕЛЯ 2016
  • Чо Дзе Хиунг
  • Ким Сун Дзин
  • Сео Хан Сол
RU2678834C1
Устройство управления высоковольтным преобразователем частоты с активным выпрямителем 2022
  • Николаев Александр Аркадьевич
  • Денисевич Александр Сергеевич
RU2793193C1
Тяговый инвертор электромобильного транспорта 2024
  • Мележик Даниил Анатольевич
RU2824653C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 834 630 C1

Реферат патента 2025 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХУРОВНЕВЫМ ТРЕХФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, а именно к преобразованию энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тока на выходе с помощью статических преобразователей, для которых требуется непрерывный управляющий сигнал. Устройство для управления двухуровневым трехфазным инвертором напряжения содержит блок внешнего уровня управления (3), в котором блок канала стабилизации (6) соединен с блоком воспроизведения автоматического регулятора напряжения (7), который связан с первым сумматором (8). Блок внутреннего уровня управления (4) содержит блок автоматического регулятора частоты и мощности (10), который подключен к блоку модели ротора (12), первый и второй выходы которого соединены с блоком имитации электрической машины (14), к которому подключен блок управления возбуждением (15). Блок имитации электрической машины (14) подключен к блоку расчета мощности (16), выходы которого связаны c блоком управления возбуждением (15), с блоком модели ротора (12), со вторым (20) и третьим (19) сумматорами, которые соединены с блоком расчета опорных токов (21), который связан с блоком внутреннего контура управления током (22), который подключен к блоку преобразования цифровых сигналов, выход которого соединен с блоком широтно-импульсной модуляции (26). Блок внешнего уровня управления (3) содержит первый блок, задающий уставку по реактивной мощности (9), который подключен к первому сумматору (8). Блок внутреннего уровня управления (4) содержит блок, задающий уставку по частоте (11), который подключен к блоку автоматического регулятора частоты и мощности (10), первый блок, задающий уставку по активной мощности (13), который подключен к блоку модели ротора (12), второй блок, задающий уставку по реактивной мощности (17), который подключен к блоку управления возбуждением (15). Второй блок, задающий уставку по активной мощности (18), соединен с блоком автоматического регулятора частоты и мощности (10) и с третьим сумматором (19). Блок обратного преобразования цифровых сигналов соединен с блоком инерционного звена (25), который подключен к блоку имитации электрической машины (14), к блоку расчета мощности (16) и к двум входам блока внутреннего контура управления током (22). Выходы блока широтно-импульсной модуляции (26) подключены к первому (27), второму (28) и третьему (29) логическим элементам НЕ и к первому блоку драйверов (30). Первый логический элемент НЕ (27) подключен ко второму блоку драйверов (33). Выход блока широтно-импульсной модуляции (26) подключен к третьему блоку драйверов (31), а второй логический элемент HE (28) соединен с четвертым блоком драйверов (34). Выход блока широтно-импульсной модуляции (26) подключен к пятому блоку драйверов (32). Третий логический элемент НЕ (29) соединен с шестым блоком драйверов (35). Технический результат: расширение арсенала технических средств, позволяющих демпфировать колебания режимных параметров двухуровневого трехфазного инвертора напряжения в электрических сетях с низким коэффициентом отношения короткого замыкания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 834 630 C1

1. Устройство для управления двухуровневым трехфазным инвертором напряжения, содержащее блок внешнего уровня управления (3), в котором блок канала стабилизации (6) соединен с блоком воспроизведения автоматического регулятора напряжения (7), который связан с первым сумматором (8), при этом блок внутреннего уровня управления (4) содержит блок автоматического регулятора частоты и мощности (10), который подключен к блоку модели ротора (12), первый и второй выходы которого соединены с блоком имитации электрической машины (14), к которому подключен блок управления возбуждением (15), а блок имитации электрической машины (14) подключен к блоку расчета мощности (16), выходы которого связаны c блоком управления возбуждением (15), с блоком модели ротора (12), со вторым (20) и третьим (19) сумматорами, которые соединены с блоком расчета опорных токов (21), который связан с блоком внутреннего контура управления током (22), который подключен к блоку преобразования цифровых сигналов из вращающейся dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат (23), выход которого соединен с блоком широтно-импульсной модуляции (26), причем первый сумматор (8) связан со вторым сумматором (20), отличающееся тем, что блок внешнего уровня управления (3) дополнительно содержит первый блок, задающий уставку по реактивной мощности (9), который подключен к первому сумматору (8); блок внутреннего уровня управления (4) дополнительно содержит блок, задающий уставку по частоте (11), который подключен к блоку автоматического регулятора частоты и мощности (10), первый блок, задающий уставку по активной мощности (13), который подключен к блоку модели ротора (12), второй блок, задающий уставку по реактивной мощности (17), который подключен к блоку управления возбуждением (15); второй блок, задающий уставку по активной мощности (18) соединен с блоком автоматического регулятора частоты и мощности (10) и с третьим сумматором (19); блок обратного преобразования цифровых сигналов из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся dq-систему координат (24) соединен с блоком инерционного звена (25), который подключен к блоку имитации электрической машины (14), к блоку расчета мощности (16) и к двум входам блока внутреннего контура управления током (22); выходы блока широтно-импульсной модуляции (26) подключены к первому (27), второму (28) и третьему (29) логическим элементам НЕ и к первому блоку драйверов (30); первый логический элемент НЕ (27) подключен ко второму блоку драйверов (33); выход блока широтно-импульсной модуляции (26) подключен к третьему блоку драйверов (31), а второй логический элемент HE (28) соединен с четвертым блоком драйверов (34); выход блока широтно-импульсной модуляции (26) подключен к пятому блоку драйверов (32); третий логический элемент НЕ (29) соединен с шестым блоком драйверов (35); выход каждого из шести упомянутых блоков драйверов (30-35) подключен к базе соответствующего IGBT транзистора (36-41) двухуровневого трехфазного инвертора напряжения (1).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что двухуровневый трехфазный инвертор напряжения (1) содержит три пары последовательно соединенных между собой IGBT транзисторов (36 и 37), (38 и 39) и (40 и 41), причем эти пары подключены параллельно друг другу, к каждому IGBT транзистору (36-41) встречно подключен соответствующий обратный диод (42-47), к базе первого IGBT транзистора (36) подключен выход пятого блока драйверов (32), к базе второго IGBT транзистора (37) подключен выход шестого блока драйверов (35), к базе третьего IGBT транзистора (38) подключен выход третьего блока драйверов (31), к базе четвертого IGBT транзистора (39) подключен выход четвертого блока драйверов (34), к базе пятого IGBT транзистора (40) подключен выход первого блока драйверов (32), к базе шестого IGBT транзистора (41) подключен выход второго блока драйверов (33), к общей точке соединения эмиттера каждого IGBT транзистора (36-41) и анода соответствующего диода (42-47) подключен источник электрической энергии (48), общая точка соединения эмиттера первого транзистора (36) и анода первого диода (42) и общая точка соединения коллектора второго транзистора (37) и катода второго диода (43) предназначены для подключения к фазе A, общая точка соединения эмиттера третьего транзистора (38) и анода третьего диода (44) и общая точка соединения коллектора четвертого транзистора (39) и катода четвертого диода (45) предназначены для подключения к фазе Б, общая точка соединения эмиттера пятого транзистора (40) и анода пятого диода (46) и общая точка соединения коллектора шестого транзистора (41) и катода шестого диода (47) предназначены для подключения к фазе С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2025 года RU2834630C1

Способ управления трехфазным инвертором напряжения 2023
  • Дарьенков Андрей Борисович
  • Соколов Виктор Васильевич
  • Слузов Антон Павлович
  • Бердников Иван Евгеньевич
RU2808093C1
RU 197183 U1, 08.04.2020
МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ УРОВНЕЙ И БАЙПАСНЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ КЛЮЧАМИ 2012
  • Хакимьянов Марат Ильгизович
  • Шабанов Виталий Алексеевич
RU2510769C1
Источник питания для индуктора 2017
  • Лыбзиков Геннадий Федотович
  • Тимофеев Виктор Николаевич
RU2680715C1
US 20100110743 A1, 06.05.2010.

RU 2 834 630 C1

Авторы

Суворов Алексей Александрович

Рудник Владимир Евгеньевич

Аскаров Алишер Бахрамжонович

Даты

2025-02-12Публикация

2024-06-24Подача