Способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности Советский патент 1991 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике, э частности к устройствам компенсации неактивных составляющих мощности, и может быть использовано в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими нагрузками для повышения эффективности передачи и потребления электроэнергии при любых формах кривых тока и напряжения.

Цель изобретения - повышение качества компенсации неактивных составляющих мощности по току в узле или напряжению о контуре при несинусоидальных энергопро цессах.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства поперечной компенсации по току в узле; на ф.-ir 2 - структурная схема

устройства продольной компенсации по напряжению в контуре.

Устройство поперечной компенсации неактивных составляющих мощности по тс ку в узле содержит (п+т)-канальное устрой ство формирования управляющего параметра, которое состоит из датчиков напряжения 1 и тока 2, подсоединенных соответственно входами к зажимам источника и шине нагрузки, а РЫХОДЭМИ - к входам активных фильтров гармоник 3 и 4 (АФГ), п и m выходов которых подключены к (nl m) ехо- дам схемы 5 сравнения (СС), связанной гк выходу с 2т управляющими входами кон л:- татора 6 (К), информационные m входов кз- торого подключены к одноименным выходам АФГ 4; фазосдвигающих устоойсте 7 и 8 (ФСУ); генераторов 9 и 10 квадратичных функций, 2п входов которых соединены г одноименными выходами АФГ 3 и ФСУ 7, и п выходов - с входами сумматора 11, связанного по выходу со вторыми п входами лелителя 12, первые п входов которого подключены к РЫХОДЭМ ФСУ 7: умножителей 13 и 14, первые п входов которых связаны с одноименными выходами АФГ 3 и ФСУ 7, а вторые - с одноименными выходами ФСУ 8 и К 6, выходы которых подключены стаенно ч суммирующему и вычитающему входам сумматора 15; умножителя 16, подсоединенного своими первыми и вторыми п ьходами к выходам делителя 12 и сумматора 15; сумматоров 17 и 18, входы которых подключены к(т-п) выхлдам коммутатора б и п выходам умножителя 16; сумматора 19, суммирующий вход кг:0рого соединен с выходом сумматора 18, а вычитающий - с выходом су г -чзтэра 17; а также исполнительное устр0 1ство, состоящее из трансформатора 20 напряжения, первичная обмола которого является нагрузкой питающей сети, а вторичная включена в диагональ г зреиенного тока выпрямителя 21, сглаживающего фильтра 22, однополярный вход соторого нагружен на диагональ постоянного тока выпрямителя 21, а положительный и отрицательный выводы являются входами питания двухтактного ключевого усилителя 23 класса AD, а нулевой вывод подключен к нулевой шине сети; сглаживающего дросселя 24, связывающего выход усилителя 23 с ненулевой шиной сети; датчика 25 тока, по входу подключенного между дросселем 24 и ненулевой шиной, а по выходу - к вычитающему входу сумматора 26, связанного по входу с сумматором 19; ком- пзратора 27, подключенного по входу к выходу сумматора 26. а прямым и инверсным выходами - к входам усилителя 28, вь-ходы

которого подключены к управляющим входа 1lеловых ключей усилителя 23.

Устройство поодольной компенсации нйэкгчечьо. со;тз«зияющих мощности по

l- IT -кению а контуре содержит (п+гм) ка- мэл1 ioe устройство формирования управ- тчющего параметра, которое состоит из датчиков тока 1 и напряжения 2, подключенных соответстве) но к шине источника и за0 жимам нагрузки, а выходами - к входам активных фильтров 3 и 4 гармоник, пит выходов которых подключены к (n+m) т .ам схемы 5 сравнения, связанной - j выходу с 2т управляющими входами

b коммутатора 6, информационные входы ко- оюго подключены к одноименным выходам ЛФГ 4; фазосдвигающих устройств 7 и 8; г к-раторов 9 и 10 квадратичных функ- UVH; вхоп.оь к .торых (. с одно0 им.; ны . и вс,одами АФГ 3 и ФСУ 7, а п - с входами сумматора 11, связанно, л (ю рходу вторыми п входами делителя 12. пег . . г; п входов которого подключены к B-i/o/taM ФСУ 7. умножителей 13 и 14, перЬ нывп входов го,ирых связаны с одноимен- ими вь ходами АФГ 3 и ФСУ 7, а вторые - с дноимачными РЫ одами ФСУ 8 и К 6, -.-;; .ды которых . соответственно к суммирующему и вычитающему входам

0 сумматора 15, умножителя 16, подсоединенного СРОИМИ первыми и вторыми п входами к мходам депитртя 12 и сумматора 15;

гуМС ЗГОООЕ 17 , 1,, ВХОДЫ КОЮрЫХ ПОДКЛКон к fvm-n) выходам коммутатора 6 и п

Ь вмкодьм множителя 16; суммггора 19.сум- мирующий вход которого соединен с выхо- до 1 сумматора 18. а вычитающий - с выходом гуммспора 17 а также испопни- юльное устройст t)0 состоящее из еыпрями0 теля 21, подключенного по входу к потребителю и нагруженного на сглаживающий фипьтр 22, положительный и отрицательней выходы которого разуют источник питания для двухтактного глюче5 вого усилителя 23 класса AL), а нулевой вывод подсоединен к нулевой шине Фильтра 29, ненулевая шина которого является выходом усилителя 23: трансформатора 20 напряжения, являющегося нагрузкой фильтра

0 29. вторичная обмотка которого включена в ненупевую шину питающей сети; выпрямителя 30. соединенного по входу с датчиком 2 напряжения, а пп выходу - с фильтром 31, подключенным к суммирующему входу сум5 мотора 32, вычитающий вход которого связан с выходом датчика 33 напряжения; сумматора 34, первый вход которого является выходом сумматора 19 (устройства формирования управляющего параметра), а второй Е.ХОД - выходом сумматора 32: ком прзтора 35, по входам связанного с выходами сумматора 32 и генератора 36 модулирующей функции, а по через усилитель 28 - с информационными входами усилителя 23.

Устройство поперечной компенсации по току в узле, реализующее способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности, работает .следующим образом.

Датчики напряжения 1 и тока 2 измеряют напряжения, пропорциональные мгно- зенным значениям напряжения источника и (т)и тока нагрузки l(t). Измеренные сигналы поступают на входы активных фильтров гармоник 3 и 4, на выходах которых формируются гармонические составляющие напряжение источника UK(t) (К- 1,п) и тока нагрузки l(t)(L-1 ,m). Схема 5 сравнения анализирует спектральный состав измеренных смгналор и управляет коммутатором о, которые по п каналам пропускает одноименные с напряжением гармоники тока на входы п каналов ФСУ 8 и i/множител 14, а по () каналам - разноименные с напряжением гармоники на входы сумматора 17. Умножители 9 10, 13, 14 16. сумматоры 11 и 15 и делитель 12 ч каждом из п своих каналое формируют сигналы

UK (О

U (t) -)- U (t)

tUK(t)lL(t)-UK(t)lL(t)

0)

при . где сдаиг гармоник4 UK(I). ii(t) на четверть периода собственных частот реализуют фазосдвигающие устройства 7 и 8. Сумматор 18 осуществляет сложение функций на п выходах умножителя 16, а сумматор 17 - сложение несовпадающих с напряжением гармоник тока Разность полученных сумм определяет сумматор 19, в результате чсто нз сумматор 26 поступает сигнал, формализуемый выражением (1).

В процессе работы устройства транс- фор, :гор 20, выпрямитель 21 и фильтр 22 обеспечивают двуполярное питание усилителя 23 работающего в ключевом режиме, сглаживание выходного тока которого осуществляет дроссель 24. При формировании сигнала управления усилителем 23 датчик 25 тскэ с коэффициентом трансформации, раоным коэффициенту трансформации датчика 2 тока измеряет мгновенные значения напряжения, пропорциональные току компенсации. Сумматор 26 определяет рассогласование между управляющим и сформированным сигналами тока компенсации. Компаратор 27 из сигнала рассогласования формирует две инверсные

импут оные пси ..-онзтельнпсти по жону ШИР. Усипител. 28 обеспечивает необ/оли- муюмощность мгнллов управления. Ключевой усилитель 3 с дроссепем фильтра 24 формируют «PL-BVIO тока, повторяют/ю по форме управляющий сигнал на суммирующем сходе суммёл ооа 26, который генерируют в питающую сеть.

Устройство продольной компенсации

по напряжению в контуре, реализующее спосс-5 динамической компенсации неактивных составляющих мощности работает следующим образом.

Датчики тога 1 и напряжения 2 измеряют напряжения, пропорциональные мгновенным значениям тока источника i(t) и напряжения нагрузки U(t). Измеренные сигналы поступают на входы активных фильтрои гармоник 3 и d, каждый из каналов которых выделяет ту или иную гармонические составляющие тока источника it(t) (L 1.п) ими напряжения нагрузки Ui(t) (,m), реапизуя тем самым разложение в

ряд Фурье. Гхемэ 5 сравнения ангпизирует спектральный состав измеренных сигналов и управляет коммутатором, который по п каналам пропускает одноименные с током гармоники напряжение на входы п каналов

фазосдеигающего устройства 8 и умножителя 14, а пп (Tt-n) каналам - разноименные с гоком гармонжи на входы сумматора 17. ФСУ 7 и 8 осуществляют сдвиг одноименных гармоник тока и напряжения на четв рть периода собственных частот Умножители 9, 10, 13. 14. 16. сумматоры 11 и 15 и делитель 12 в каждом из п своих каналов формируют сигналы

-и -- fUK(t) i(tHMt)n(tj

2-2

iL (т) + IL (т)

при Сумматор 18 осущестпляет сложение Функций п всех п выходов умножителя

16, а сумма гор 1 -сложение несовпадающих с TOKOV напряхений глрмгчик. Разность полученных сумм определяет сумматор 19, в результате чдго на сумматор 34 поступает сигнал, функция которого соответствует

(пропорциональна) напряжению компенсации.

В процессе работы устройства выпрямитель 21 v фильтр 22 обеспечивают двупо лярнос питание усилителя 23, работающего в ключевом режиме, сглаживание выходного напряжения которого осуществляет фильтр 29. При формировании сигнала управления усилителем 23 выпрямитель 30 и фильтр 31 преоОоазуют переменное напряжение. пропорциональное мгновенным значениям напряжения нагрузки, в постоянное. Выпрямитель 21 и датчик 33 напряжения преобразуют переменное напряжение на зажимах источника в пропорциональное постоянное, где коэффициент деления датчика 33 равен коэффициенту трансформации датчика 2. Сумматор 32 вычисляет разность постоянных напряжений на выходах датчиков 31 и 33, которая суммируется с напряжением, пропорциональным напряжению компенсации, посредством сумматора 34, Это позволяет учесть рассогласование напряжений источника и потре- бителя, что является важным при формировании управляющего сигнала усилителем 23 по закону широтно-импульсной модуляции. Модуляцию реализует компаратор 35, на первый вход которого поступает сигнал напряжения компенсации с учетом рассогласования напряжений источника и нагрузки, а на второй - сигнал генератора 36 модулирующей функции, частота которого в 6-8 раз превышает частоту максимальной учитываемой гармоники напряжения нагрузки. Промодулированный сигнал через усилитель 28, обеспечивающий необходимую мощность сигнала управления, поступает на информационные входы усилителя 23. В питающую сеть напряжение компенсации генерируется посредством трансформатора 20 напряжения.

Предлагаемый способ динамической компенсации позволяет повысить качество потребляемой энергии и компенсировать неактивные составляющие мощности при несинусоидальных энергопроцессах как по току а узле, так и напряжению в контуре.

Формула изобретения Способ динамической компенсации неактивных составляющих мощности по току в узле или напряжению в контуре, зэключающийся в том, что измеряют напряжения. пропорциональные мгновенным значениям тока l(t) нагрузки и напряжения U(t) источника или напряжения U(t) нагрузки и тока i(t) источника при работе источника соотеетственно в режиме генератора ЭДС или вибратора тока, которые раскладывают на гармонические составляющие ii(t), L K(t) с последующим сдвигом на четверть периода собственных ча9тот, получая сопряженные

гармоники li(t), UK(T), и генерируют р питающую сеть ток 1ком(х) или напряжение UKOM) компенсации, отличающийся тем, что, с целью повышения качества компенсации неактивных составляющих мощности по току в узле или напряжению в контуре при несинусоидальных энергопроцессах, выделяют одноименные () и отсутствующие в спектре напряжения источника гармоники тока нагрузки (L К) при компенсации по

току в узле или отсутствующие в спектре тока источника гармоники напряжения нагрузки (К L) при компенсации по напряжению в контуре, формируют сигнал тока или напряжения компенсации

lw,M(

-2 2 UK®-a UKt)lL((t)lL(t)-V IЦТ).

(t)-fU(t)

VL«

Ј1

Uw W KSL-r2-.-.

- Uc.W lift)

il (t) + k (t)

HMiKWh Ј UK(t),

который приводят к уровню питающей сети.

хпньошоп

Sl/UjJUV )1utuiJ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройс гвамч омпенсйции неактивных составляющих мощности, и может найти применение в системах энергоснабжения электротехнических и энергетических цепей с искажающими нагрузками длч повышения эффективности передачи и качества потребления электроэнергии при любых формах кривых тока и напряжения, Целью изобретения является повышение качества компенсации неактивных состае- л°ющих мощности по току в узле или напряжению в контуре при несинусоидальных энергопроцессах. Измеряют мгновенные значени) гсгса i(t) нагрузки и напряжения U(t) источи го или напряжения U(t) нагрузки и тока l(t) источника при работе источника в режиме генератора ЭДС или генератора тока, которые раскладывают на гармонические составляющие li(t) и Ux(t) с последующим сдвигом на четверть периода собственных частот получая сопряженные гармоники k(t) и Oi(t), выделяют одноименные(К L) и отсутствующие в спектре напряжения источника гармоники тока нагрузки или гармоники напряжения нагрузки отсутствующие в спектре тока источника при компенсации по току в узле и 1 и напряжению в контуре, фосмитуют сигнал тока и0м(0 или на- пряжени.я Кксм(т) компенсации 1к0м(0 .V 2 )lL(thUK(t)lL(t)hV K LU (t) + U (t) L(t), uOM(t) 2 l°K(t) IL(t) (t)+TL (t) сл с: -UK(T)L(t)U(t) который приводя к уроьь ю тока (напряжения) питающей сети и генерируют в сеть. 2 ил. VJ О Ю СО ю