Способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕСПУБЛИК ПИ ТЕН ИЗОБР Н О СА К АВТОРСКО СВИДЕТЕЛЬСТВУ грузо к в мнозобрете ектрич ежност многофа функци о спос беспеч рных, н Использование иповысить качество ээффективность и надЭМС потребителейза счет расширенияможностей изввстноза прототип, а такжешивания нестациона ния позволяет еской энергии, ь обеспечениязной системы ональных возоба, принятого ения уравновеелинейных наасширение функй, уравновешиваГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Институт электродинамики АН УССР(56)Мостовяк И.В., Самков А.В. Статистическое корректирующее устройстводля обеспечения электромагнитнойсовместимости нелинейных нагрузок с трехфазной сетью. - Техническая электродинамика, 1989 г., В 1 с, 32-35,Авторское свидетельство СССРМ 1125701, кл. Н 02 3 3/26, 1984.Авторское свидетельство СССРМ 650202, кл, Н 02 Р 13/16, 1979.(54) СПОСОБ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙСТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В МНОГОФАЗНОЙСИСТЕМЕ(ЭМС) потребителей электроэнергии и урав новешенности режима многофазной системы при подключении к ней через сится к области электь использовано для агнитной совмести-елей электроэнергии ства в многофазной и нестационарными узками (например, ие установки, полуразователи, тяговые Изобретение отно тротехники и может бь обеспечения электром мости (ЭМС) потребит и повышения ее каче системе с однофазным и нелинейными нагр электротехнологическ)5 Н 02 3 3/18, 3/26 непосредственный преобразователь часто- . ты (НПЧ) каждой из нестационарных, нелинейных однофазных нагрузок, Сущность изобретения; по измеренным мгновенным и действующим значениям сопротивления. каждой нагрузки в каждый момент времени определяется текущая коммутационная функция и соответствующий НПЧ управляется в соответствии с вычисленной для него коммутационной функцией, которая пропорциональна корню квадратному из част- ного от деления мгновенного значения сопротивления каждой нагрузки на ее действующее значение. При этом нелинейная система, состоящая из "однофазной нестационарной, нелинейной нагрузки и однофазного НПЧ", представляет собой однофазную линейную нагрузку с постоянным сопротивлением, в результате чего достигается отсутствие влияния нестационарных, нелинейных нагрузок на питающую сеть и тем самым обеспечиваются ЭМС потребителей и уравновешенность режима (мгновенная мощность в нагрузочном узле многофазной системы постоянна), 1 ил,ние нестационарных, нелинейныхи компенсация высШих гармоник тгофазной системе,грузок и компенсации высших гармоник тока,Цель достигается тем, что предлагаемый способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в 5многофазной системе включает в себя совокупность новых действий: измерение в каждый момент времени мгновенного В(1) идействующего Й значений сопротивлениянагрузки и управление однофазным непосрественным преобразователем частоты,включенным между питающей сетью и нагрузкой, в соответствии с коммутационнойфункцией Ф (1), которая пропорциональна,корню квадратному из частотного от деления мгновенного значения Ян(т) сопротивления нагрузки на его действующеезначение Ян.Сущность предлагаемого способа состоит в следующем, Допустим, что однофазная нестационарная нелинейная нагрузкаВ(т) подключена к соответствующим фазамсети через однофазный непосредственныйпреобразователь частоты, алгоритм работыкоторого описывается его коммутационной(модуляционной или переключающей) функцией Ф (1), причем, выходное напряжениепреобразователя формируется мгновенно,а закон его изменения находится как произведение соответствующих коммутационных функций на напряжение источникапитания.Уравнения связи между входными и выходными электрическими величинами НПЧимеют следующий вид;35 11(1) = Фт (т) 2(е),02(С) = Ф 2 (С)02(т),40 где Ф 1 (т) и % (т)- коммутационные функции соответственно по току и напряжению, Уравнения связи (1) одновременно выражают условие баланса мощностей при пренебрежении .потерями в ключевом45 коммутаторе.С другой стороны, при подключении к выходу НПЧ однофаэной нестационарной нагрузки Вн(т);В.) = цг(1)После подстановки последнего выражения в(1) получаем:Ф 1(1)т) о 1(с) Очевидно, что для обеспечения полной ЭМС в нагрузочном узле и уравновешенности режима многофазной системы при подключении к ней однофазной нестационарной, нелинейной нагрузки В(1) необходимо выполнить следующее условие; Ф (с)где В 0 - постоянная величина. В этом случае система "НПЧ - нестационарная, ь линейная нагрузка" представляет собой линейную нагрузку, т,е, щ(1) = Во1(е), и тем самым не оказывает вредного влияния на питающую сеть, поскольку осуществляется компенсация всех гармоник помимо основной в токе нестационарной, нелинейной нагрузки, В результате обеспечивается полная ЭМС потребителей и уравновешенность режима многофазной системы.Поскольку в данном случае коммутационные функции по току и напряжению совпадают, т.е, фз (т) = 4 Ъ(т) = Ф(1), то из(2) следует; ф - н н(3) С учетом того, что коммутационные функции, описывающие алгоритм (логику) работы ключевого коммутатора, НПЧ, представляют собой последовательность прямоугольных (единичных или ступенчатых) импульсов с модулированными параметрами, причемФ(т)1 1, а также того, что В 0О и Я(т)О, получим неравенство:- (- 1 или В 0 Й(1), Р 0 откуда следует, что в этом случае Й 0 является максимальным значением за период изменения несинусоидальной функции Й(1), т.е, Я 0 = макс Й(т, или же действующим значением Й периодической несинусоидальной величины Вф). Период изменения функции Вн(1) определяется наименьшим промежутком времени, в течение которого эта функция непрерывна, и по истечении которого наблюдается повторение мгновенных положительных значений нелинейного сопротивления Я(с). Практически период изменения Я(1) может определяться технологическим режимом работы нестационарной, нелинейной нагрузки, например электротехнологичес кой.Следовательно, для каждого однофазного НПЧ коммутационная (переключающая) функция Ф(1) с учетом (3) может быть представлена в виде:н(4)Таким образом, управляя ключевым коммутатором каждого НПЧ в соответствии с алгоритмом, определяемым законом (4), достигают обеспечения ЭМС потребителей электроэнергии и уравновешенности режима многофазной системы,На чертеже приведен пример выполнения схемы устройства, предназначенного для осуществления предлагаемого способа быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, где введены следующие обозначения:1 в - фазы электрической системы;4(10 - однофазная нестационарная, нелинейная нагрузка;5(11) - силовая схема однофазногс НПЧ;6(12) - ключевой коммутатор НПЧ (комплект силовых ключей переменного тока)7(13) - блок измерения и преобразования мгновенных и действующих значений сопротивления нагрузки;8(14) - вычислительное устройство;9(15) - система управления. силовыми ключами НПЧ,Предлагаемый способ включает следующий порядок выполнения операций;измерение мгновенного В(т) и действующего В значений сопротивления нестационарной, нелинейной нагрузки;управление однофазным непосредственным преобразователем частоты, .включенным между питающей сетью и нагрузкой, в соответствии с коммутационной функцией Ф (1), которая пропорциоНальна корню квадратному из частного от деления мгновенного значения К(т) сопротивления нагрузки на его действующее значение Вн,Устройство, реализующее предлагаемый способ и выполненное, например, по схеме, которая приведена на чертеже, подключено между соответствующими фазами 1,гл электрической системы и однофазной нестационарной, нелинейной нагрузкой 4 и состоит из силовой схемы 5 НПЧ, содержащей комплект б силовых ключей (ключевой коммутатор) переменного тока, а также блока измерения и преобразования 7 мгновенных и действующих значений сопротивления нагрузки В(1) и Вн, вычислительного устройства 8 и системы управления 9 силовыми ключами.5 Переключении, силовых ключей (ключевого коммутатора) НПЧ осуществляется в соответствии с алгоритмом, определяемым законом управления (4), причем текущее значение каждой коммутационной функции 10 Фф определяется вычислительным устройством 8 в зависимости от действующих и мгновенных значений сопротивления нагрузки, которые измеряются и преобразуются в удобную для обработки форму, 15 например цифрЬвую, с помощью соответствующих датчиков токов и напряжений, входящих в состав блока 7, а также преобразователей сигналов (компараторов, АЦП и других). Здесь блок 7 дополнительно 20 снабжен формирователем коммутационныхфункций, выходной сигнал которого представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с модулированными параметрами. Система управления 9 служит 25 для формирования достаточно мощных сигналов управления силовыми ключами б НПЧ. В качестве таких ключей переменного тока можно использовать мощные биполярные и полевые транзисторы и их сборки, 30 запираемые тиристоры и однооперационные тиристоры с узлами искусственной коммутации.формула изобретения 35 Способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, содержащей однофазный непосредственный преобразовательь частоты, включен н ый между 40 многофазной сетью и нагрузкой. заключающийся в том, что осуществляют коррекцию параметров электроэнергии с помощью управления ключевыми элементами упомяну.- того преобразователя частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей, обеспечения симметрирования нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока, в каждый момент времени 50 измеряют мгновенное В,(Т) и действующеен значения сопротивления нагрузки и управляют работой упомянутого преобразователя частоты в соответствии с коммутационной функцией Ф(Т), определя емой выражением-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 роизводстве Заказ 1170Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5