RU2436213C1 - Method to increase quality and efficiency of power usage in n-phase power supply system (version 2) - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: equivalent compensating current of higher harmonic components group is generated either by extracted reactive component of power, or by jointly extracted reactive component and a share of active component, besides, the latter is extracted at least from one phase, making up a group of balanced phases, - so that the current of the main frequency harmonic that remained in each phase of the specified group picked by a non-balanced load has a module value equal to either the one that has been predetermined, or to the value of current module in the reference phase, which is previously determined from n-supply phases according to condition of maximum value of the module of the main frequency harmonic current. At the same time the reactive and active components of the main frequency harmonic current are extracted by means of an n-phase fully controllable PWM-rectifier, in the form of equivalent energy of sequence of unipolar and periodically repeating width-pulse current pulses, which after conversion into DC energy is used to generate the specified equivalent compensating current. ^ EFFECT: reduction of levels of higher harmonic components in a supply power system and increased efficiency of power usage. ^ 1 dwg

Description

Способ относится к энергетике и может быть использован для повышения качества и эффективности использования электроэнергии в n-фазных системах энергоснабжения.The method relates to energy and can be used to improve the quality and efficiency of energy use in n-phase power supply systems.

Известно устройство (1), используемое для повышения качества электрической энергии, содержащее тиристорный источник реактивной мощности, выполненный в виде тиристорного моста, в одну диагональ которого включены две обмотки управления управляемого реактора, а в другую - резистор. Способ-аналог обладает недостатками, основными из которых являются низкая экономичность и ограниченный диапазон регулирования реактивной мощности.A device (1) is known that is used to improve the quality of electric energy, containing a thyristor source of reactive power, made in the form of a thyristor bridge, one diagonal of which includes two control windings of a controlled reactor, and a resistor in the other. The analogue method has disadvantages, the main of which are low profitability and a limited range of reactive power regulation.

Известен способ (2) повышения качества электроэнергии, заключающийся в том, что из «напряжения электрической сети выделяют первую и высшие гармонические составляющие, выпрямляют их, преобразуют выпрямленное напряжение в переменное с частотой, равной частоте основной гармоники сети, и возвращают переменное напряжение в электрическую сеть». Известный способ, принятый в качестве прототипа, обладает рядом недостатков, главные из которых заключаются в следующем. В известном способе для повышения качества электроэнергии авторами предлагается компенсация высших гармонических составляющих напряжения. Однако известно, что процентное содержание гармоник в питающем напряжении не повторяет процентного содержания гармоник в токе, протекающем в энергосистеме, который формируется под воздействием нелинейной нагрузки. Известно также, что именно ток, отбираемый нелинейной нагрузкой, определяет гармонический состав и процентное содержание гармоник в сети энергоснабжения. Таким образом, существенного уменьшения амплитуд высших гармоник в фазах энергосистемы, при осуществлении известного способа-аналога, не произойдет. Ограниченность известного способа заключается: в «снижении» уровней напряжений гармоник строго определенных частот; невозможности компенсации в энергосистеме реактивной мощности. Кроме того, дополнительные непроизводительные потери мощности, при осуществлении способа-прототипа, обусловлены использованием силового трансформатора. Следует также отметить, что ни способ-аналог, ни способ-прототип не предусматривают пофазного выравнивания токовых нагрузок.A known method (2) to improve the quality of electricity, which consists in the fact that the first and the highest harmonic components are extracted from the "voltage of the electric network, rectify them, convert the rectified voltage into alternating voltage with a frequency equal to the frequency of the main harmonic of the network, and return the alternating voltage to the electric network ". The known method, adopted as a prototype, has a number of disadvantages, the main of which are as follows. In a known method to improve the quality of electricity, the authors propose compensation for the higher harmonic voltage components. However, it is known that the percentage of harmonics in the supply voltage does not repeat the percentage of harmonics in the current flowing in the power system, which is formed under the influence of a nonlinear load. It is also known that it is the current taken by the nonlinear load that determines the harmonic composition and percentage of harmonics in the power supply network. Thus, a significant decrease in the amplitudes of higher harmonics in the phases of the power system, when implementing the known analogue method, will not occur. The limitations of the known method consists in: "lowering" the voltage levels of harmonics of strictly defined frequencies; the impossibility of compensation in a reactive power system. In addition, additional unproductive power losses during the implementation of the prototype method are due to the use of a power transformer. It should also be noted that neither the analogue method nor the prototype method provide for phase-by-phase equalization of current loads.

Задача, решаемая изобретением - повышение качества и эффективности использования электроэнергии, посредством: повышения эффективности процесса компенсации высших гармонических составляющих (за счет компенсации высших гармонических составляющих в спектре тока, отбираемого нелинейной нагрузкой); снижения непроизводительных потерь электроэнергии, вызванных реактивными токами основной и высших гармоник; использования для осуществления процесса компенсации высших гармонических составляющих тока, реактивной энергии гармоники основной частоты; пофазное выравнивание токовых нагрузок.The problem solved by the invention is to improve the quality and efficiency of energy use, by: increasing the efficiency of the process of compensation of higher harmonic components (due to compensation of higher harmonic components in the spectrum of the current, selected by non-linear load); reduction of unproductive losses of electricity caused by reactive currents of the main and higher harmonics; use for the process of compensation of the higher harmonic components of the current, the reactive energy of the harmonic of the fundamental frequency; phase-by-phase equalization of current loads.

Это достигается тем, что согласно предложенному способу, эквивалентный компенсирующий ток, включающий токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, для каждой из фаз n-фаз системы энергоснабжения формируют, либо за счет извлекаемой самостоятельно реактивной составляющей мощности, отбираемой нелинейной нагрузкой, либо за счет извлекаемых совместно реактивной и доли активной составляющих, причем последнюю извлекают минимум из одной фазы, составляющей группу симметрируемых фаз, таким образом, чтобы оставшийся в каждой из фаз упомянутой группы ток гармоники основной частоты, отбираемый несимметричной нагрузкой, имел бы величину модуля, равную, либо заранее заданной, либо равную величине модуля тока в опорной фазе, которую предварительно определяют из n-питающих фаз несимметричной системы энергоснабжения по условию максимального значения модуля тока гармоники основной частоты. При этом и реактивную, и активную составляющие тока гармоники основной частоты извлекают посредством n-фазного полностью управляемым ШИМ-выпрямителя, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, которую после преобразования в энергию постоянного тока используют для формирования упомянутого эквивалентного компенсирующего тока.This is achieved by the fact that according to the proposed method, the equivalent compensating current, including the currents of the group of higher harmonic components, equivalent to the currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced, is formed for each phase of the n-phases of the power supply system, or due to the independently extracted reactive power component, selected non-linear load, or due to the jointly extracted reactive and active component fractions, the latter being extracted from at least one phase making up the sym phase, so that the harmonic current of the fundamental frequency remaining in each phase of the said group, selected by the unbalanced load, has a modulus equal to either a predetermined or equal to the magnitude of the current module in the reference phase, which is preliminarily determined from the n-supply phases of an asymmetric power supply system under the condition of the maximum value of the harmonic current modulus of the fundamental frequency. In this case, both the reactive and active components of the harmonic current of the fundamental frequency are extracted by means of an n-phase fully controllable PWM rectifier, in the form of equivalent energy, a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses, which, after converting to direct current energy, are used to form the equivalent compensating current.

На чертеже представлена схема, поясняющая сущность заявленного способа. При этом введены следующие обозначения.The drawing shows a diagram explaining the essence of the claimed method. The following notation is introduced.

1 - n-фазная энергосистема1 - n-phase power system

2 - нелинейная нагрузка2 - nonlinear load

3 - n-фазный полностью управляемый транзисторный ШИМ-выпрямитель3 - n-phase fully controllable transistor PWM rectifier

4 - емкостный накопитель4 - capacitive storage

5 - n-фазный дополнительный источник мощности5 - n-phase auxiliary power source

6, 7, 8 - датчики тока фаз6, 7, 8 - phase current sensors

9,10, 11 - датчики питающего напряжения9,10, 11 - voltage sensors

12, 13, 14 - блоки формирования логического сигнала12, 13, 14 - blocks the formation of a logical signal

15, 16, 17 - блоки формирования модулирующего сигнала15, 16, 17 - blocks the formation of the modulating signal

18 - датчик напряжения18 - voltage sensor

19 - n-фазный блок смесителей19 - n-phase mixer unit

20, 29, 32 - блоки фазоинверторов20, 29, 32 - blocks of phase inverters

21, 22, 23 - фильтры гармоники основной частоты21, 22, 23 - fundamental frequency harmonic filters

24 - n-фазный блок формирования активной составляющей сигнала управления24 - n-phase block forming the active component of the control signal

25 - n-фазный блок задания групп компенсируемых гармоник25 - n-phase unit for setting groups of compensated harmonics

26 - n-фазный блок фазоинверторов26 - n-phase phase inverter unit

27, 28, 30, 31, 33, 34 - фазокорректирующие цепи27, 28, 30, 31, 33, 34 - phase-correcting circuits

35, 36, 37, 40, 41, 44, 45, 57 - выпрямители35, 36, 37, 40, 41, 44, 45, 57 - rectifiers

38, 39, 43, 46, 48, 49 - блоки определения опорной фазы (компараторы)38, 39, 43, 46, 48, 49 - blocks for determining the reference phase (comparators)

42, 47, 50 - логические элементы формирования сигнала опорной фазы42, 47, 50 - logical elements of the signal formation of the reference phase

51, 52, 53, 54, 55, 56 - блоки формирования сигналов симметрируемых фаз51, 52, 53, 54, 55, 56 — blocks for generating signals of symmetrized phases

58, 59, 60, 61, 62, 63 - блоки восстановления фазы модулирующего сигнала соответствующей симметрируемой фазы58, 59, 60, 61, 62, 63 — phase recovery blocks of the modulating signal of the corresponding symmetrized phase

64, 65, 66 - блоки формирования управляющих сигналов фаз64, 65, 66 - phase control signal generation blocks

67 - блок задания внешних, пофазных регулирующих воздействий67 - block setting external phase-wise regulatory actions

68 - n-фазный блок емкостных накопителей68 - n-phase capacitive storage unit

69 - n-фазный блок выпрямителей69 - n-phase rectifier unit

Суть заявленного способа заключается в следующем. В процессе отбора мощности несимметричной нелинейной нагрузкой, в фазах энергосистемы, протекают различные по модулю и фазе токи, спектр которых составляют основная и высшие гармоники. При этом знак мгновенной мощности их реактивных составляющих, в течение четверти своего периода изменяется на противоположный. Этот факт связан с тем, что часть энергии, запасенная в электрическом или магнитном поле реактивной нагрузки, возвращается назад в источник в виде упомянутых реактивных составляющих тока. Протекание реактивных токов в индуктивных нагрузках обеспечивается действием ЭДС самоиндукции, в емкостных - напряжением, накопленным в электрическом поле емкости. При этом знаки питающего напряжения и ЭДС самоиндукции, а также питающего напряжения и напряжения на емкостной составляющей нагрузки, как известно, противоположны. Отрицательный эффект, связанный с реактивными токами, как известно, заключается в дополнительных непроизводительных потерях энергии в энергосистеме.The essence of the claimed method is as follows. In the process of power take-off by an asymmetric non-linear load, in the phases of the power system, currents different in modulus and phase flow, the spectrum of which is the main and highest harmonics. In this case, the sign of the instantaneous power of their reactive components, during the quarter of its period, is reversed. This fact is due to the fact that part of the energy stored in the electric or magnetic field of the reactive load returns back to the source in the form of the aforementioned reactive components of the current. The flow of reactive currents in inductive loads is provided by the action of self-induction EMF, in capacitive ones - by the voltage accumulated in the electric field of the capacitance. In this case, the signs of the supply voltage and EMF of self-induction, as well as the supply voltage and voltage on the capacitive component of the load, are known to be opposite. The negative effect associated with reactive currents, as is known, consists in additional unproductive energy losses in the power system.

В соответствии с заявленным способом, задача повышения качества и эффективности использования электроэнергии решается путем компенсации токов, выбранной заранее группы высших гармонических составляющих, за счет либо извлекаемой самостоятельно реактивной составляющей мощности тока гармоники тока основной частоты, отбираемой нелинейной нагрузкой, либо за счет извлекаемых совместно реактивной и доли активной составляющих. При этом активную составляющую тока основной частоты извлекают минимум из одной фазы, составляющей группу симметрируемых фаз, посредством симметрирующих токов, таким образом, чтобы оставшийся в каждой из фаз упомянутой группы - ток гармоники основной частоты, отбираемый несимметричной нагрузкой, имел бы величину модуля, равную, либо заранее заданной, либо равную величине модуля тока в опорной фазе, которую предварительно определяют из n-питающих фаз несимметричной системы энергоснабжения по условию максимального значения модуля тока гармоники основной частоты. При этом определяется фаза (опорная фаза), по которой к несимметричной нагрузке протекает ток с наибольшим модулем, и предполагается, что последняя наиболее перегружена током. Выбранная фаза определяется как «опорная» фаза. При этом посредством использования мощности токов двух других недогруженных фаз, не являющихся опорной фазой, посредством извлечения из последних активных токов, осуществляется выравнивание по величине модулей токов, протекающих по отдельным фазам энергосистемы. Таким образом, в энергосистеме осуществляется симметрирование относительно модулей фазных токов. Токи, посредством которых осуществляется отбор активной составляющей мощности, характеризуются как симметрирующие токи, а фазы, из которых осуществляется их отбор - симметрируемые фазы. В те моменты времени, когда нагрузка в энергосистеме проявляет реактивный характер, из потока мощности извлекают реактивный ток гармоники основной частоты и используют его энергию, либо самостоятельно, либо совместно с активной энергией гармоники основной частоты, для формирования эквивалентного компенсирующего тока, включающего токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить. Упомянутый компенсирующий ток формируют и генерируют в энергосистему посредством дополнительного источника мощности, в качестве которого предлагается использовать ШИМ-инвертор, управляемый модулирующим сигналом, формируемым для каждой из фаз отдельно, посредством сигналов, пропорциональных геометрической сумме токов компенсируемых высших гармонических составляющих. В случае если в энергосистеме, суммарная мощность группы компенсируемых гармоник больше мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, последняя извлекается из энергосистемы совместно с долей его активной составляющей, и при этом обе составляющие, после преобразования в энергию постоянного тока, используются для питания упомянутого дополнительного источника мощности. Доля активной мощности извлекается посредством симметрирующих токов из симметрируемых фаз, таким образом, чтобы оставшийся в каждой из них ток гармоники основной частоты, отбираемый несимметричной нагрузкой, имел бы величину модуля, равную, либо заранее заданной, либо равную величине модуля тока в опорной фазе. Следует отметить, что токи в симметрируемых фазах симметрируют относительно заранее заданной величины модуля тока гармоники основной частоты, в том случае, если несимметрия в энергосистеме значительна, а суммарная мощность группы компенсируемых токов высших гармоник, по сравнению с ней мала. Отбор мощности от симметрируемых фаз осуществляется посредством полностью управляемого ШИМ-выпрямителя транзисторного типа, в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения величины извлекаемого симметрирующего тока. Протекание реактивных токов в каждом из его плеч, в каждый полупериод питающего напряжения, обеспечивается, действием ЭДС самоиндукции или напряжением на емкостной составляющей нагрузки. Управление транзисторами осуществляют посредством модулирующего сигнала с заданными характеристиками. Использование транзисторов при выпрямлении токов позволяет использовать их управляющие свойства относительно последних. При этом посредством полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя, осуществляется избирательное выпрямление тока, в заданных количествах, определяемых сигналом управления.In accordance with the claimed method, the task of improving the quality and efficiency of energy use is solved by compensating currents selected in advance by a group of higher harmonic components, either by extracting the self-reactive component of the current harmonic current power of the fundamental frequency, selected by a non-linear load, or by extracting a jointly reactive and shares of active components. In this case, the active component of the main frequency current is extracted from at least one phase that makes up the group of symmetrized phases by means of balancing currents, so that the harmonic current remaining in each phase of the mentioned group — the harmonic current selected by the asymmetric load — has a modulus equal to, either predetermined or equal to the magnitude of the current module in the reference phase, which is preliminarily determined from the n-supply phases of the asymmetric power supply system under the condition of the maximum value of the current module g rmoniki fundamental frequency. In this case, the phase (reference phase) is determined by which the current with the largest modulus flows to the asymmetric load, and it is assumed that the latter is most overloaded with current. The selected phase is defined as the “reference” phase. In this case, by using the power of the currents of two other underloaded phases that are not a reference phase, by extracting from the last active currents, equalization is carried out by the magnitude of the current modules flowing through the individual phases of the power system. Thus, in the power system, symmetrization is carried out relative to the phase current modules. The currents by which the selection of the active component of the power is carried out are characterized as balancing currents, and the phases from which they are selected are the symmetrized phases. At those times when the load in the power system is reactive in nature, the reactive current of the fundamental frequency harmonic is extracted from the power stream and used its energy, either independently or together with the active harmonic energy of the fundamental frequency, to form an equivalent compensating current, including currents of the higher harmonic group components equivalent to currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced. The mentioned compensating current is generated and generated into the power system through an additional power source, which is proposed to use a PWM inverter controlled by a modulating signal generated for each of the phases separately, by signals proportional to the geometric sum of the currents of the compensated higher harmonic components. If in the power system, the total power of the group of compensated harmonics is greater than the power of the reactive component of the harmonic of the current of the fundamental frequency, the latter is extracted from the power system together with a fraction of its active component, and both components, after conversion to direct current energy, are used to power the mentioned additional source power. The fraction of active power is extracted by means of balancing currents from the symmetrized phases, so that the harmonic current of the fundamental frequency remaining in each of them, taken by an asymmetric load, has a modulus equal to either a predetermined value or equal to the magnitude of the current module in the reference phase. It should be noted that the currents in the phases to be balanced are symmetric with respect to a predetermined magnitude of the harmonic current modulus of the fundamental frequency, if the asymmetry in the power system is significant, and the total power of the group of compensated currents of higher harmonics is small in comparison with it. The selection of power from the phases to be balanced is carried out by means of a fully controlled transistor-type PWM rectifier, in the form of an equivalent energy of a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses, the duration of which varies according to the law of the magnitude of the extracted balancing current. The flow of reactive currents in each of its arms, in each half-cycle of the supply voltage, is ensured by the action of the self-induction EMF or by the voltage on the capacitive component of the load. Transistors are controlled by a modulating signal with predetermined characteristics. The use of transistors when rectifying currents allows the use of their control properties relative to the latter. In this case, through a fully controlled transistor PWM rectifier, selective rectification of the current is carried out in specified quantities determined by the control signal.

Осуществление заявленного способа рассмотрено на примере трехфазной системы. С выходов датчиков 6, 7, 8, сигналы, пропорциональные несинусоидальным токам, отбираемым нелинейной нагрузкой 2 от фаз «A, B и C», поступают, в том числе, на вход n-фазного блока задания групп компенсируемых гармоник 25, посредством которого, для каждой из фаз, заранее, задают спектр гармоник, долю которых необходимо уменьшить, посредством снижения их уровней, методом регулируемой компенсации. При этом блок 25 может представлять собой группу фильтров (по числу фаз), посредством которых из сигнала, отбираемого нагрузкой 2, из каждой из фаз, выделяют спектр компенсируемых гармоник. Далее, сформированные таким образом сигналы поступают на соответствующие входы n-фазного блока (по числу фаз) фазоинверторов 26, посредством которого инвертируются на 180 эл. градусов, и далее, с его выходов, поступают на управляющие входы n-фазного (по числу фаз) дополнительного источника мощности 5, соответствующие фазам «A, B и C», посредством которого в каждую из них генерируются эквивалентные компенсирующие токи, включающие токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить, и находящиеся по отношению к ним в противофазе. Сформированные таким образом, управляющие соответствующими фазами источника мощности 5, модулирующие сигналы управления, пропорциональны геометрической сумме токов компенсируемых высших гармонических составляющих, спектр которых задается изначально, для каждой из соответствующих фаз энергосистемы, описанным выше способом, посредством блока 25. Для каждой из фаз энергосистемы, упомянутые эквивалентные компенсирующие токи, формируются либо за счет извлекаемой из энергосистемы самостоятельно энергии реактивной составляющей гармоники основной частоты, либо за счет совместно извлекаемых, реактивной и активной составляющих ее мощности. При этом упомянутые составляющие мощности тока основной частоты извлекают из каждой из фаз энергосистемы 1, посредством полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, и после преобразования в энергию постоянного тока посредством емкостного накопителя 4, используются для питания n-фазного дополнительного источника мощности 5. Состав энергии, используемой для его питания, определяется посредством датчика 18, в зависимости от соотношения мощностей: реактивной составляющей мощности гармоники основной частоты и мощности, необходимой для компенсации гармонических составляющих, путем измерения последним снимаемого с емкостного накопителя 4 напряжения. При этом изначально его величину ставят в зависимость от извлекаемой из энергосистемы мощности, таким образом, что если извлекаемой реактивной составляющей мощности достаточно для формирования эквивалентных компенсирующих токов, то на выходе емкостного накопителя 4 присутствует напряжение, блокирующее присутствие активной составляющей гармоники тока основной частоты в составе модулирующего сигнала управления ШИМ-выпрямителем 3, и при этом посредством последнего из энергосистемы 1 извлекается только реактивная составляющая мощности гармоники основной частоты, энергия которой используется для питания n-фазного (для данного рассматриваемого случая - трехфазного), дополнительного источника мощности 5, и, следовательно, для формирования эквивалентных компенсирующих токов. Рассмотрим подробней случай формирования эквивалентного тока компенсации спектра высших гармоник, посредством дополнительного источника мощности 5, только за счет энергии реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, что характеризует ее извлеченную мощность, как достаточную для формирования эквивалентных компенсирующих токов.The implementation of the claimed method is considered as an example of a three-phase system. From the outputs of the sensors 6, 7, 8, signals proportional to the non-sinusoidal currents selected by the non-linear load 2 from the phases “A, B and C” are received, including the input of the n-phase block for setting the groups of compensated harmonics 25, by which for each of the phases, in advance, a spectrum of harmonics is set, the proportion of which must be reduced, by reducing their levels, by the method of adjustable compensation. In this case, block 25 can be a group of filters (according to the number of phases) by which a spectrum of compensated harmonics is extracted from the signal selected by load 2 from each of the phases. Further, the signals thus formed are fed to the corresponding inputs of the n-phase block (according to the number of phases) of the phase inverters 26, by which they are inverted by 180 el. degrees, and then, from its outputs, they go to the control inputs of the n-phase (by the number of phases) additional power source 5 corresponding to the phases “A, B and C”, through which equivalent compensation currents are generated in each of them, including group currents higher harmonic components equivalent to the currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced, and which are in antiphase with respect to them. Thus formed, controlling the corresponding phases of the power source 5, modulating control signals are proportional to the geometric sum of the currents of the compensated higher harmonic components, the spectrum of which is set initially, for each of the corresponding phases of the power system, as described above, by means of block 25. For each of the phases of the power system, the mentioned equivalent compensating currents are formed either due to the energy of the reactive component of harmonics extracted from the energy system independently the fundamental frequency or by co-extracted, reactive and active components of its capacity. Moreover, the aforementioned components of the main-frequency current power are extracted from each phase of the power system 1 by means of a fully controlled transistor PWM rectifier 3, and after conversion to direct current energy by means of a capacitive storage 4, they are used to power an n-phase additional power source 5. Energy composition used for its power supply is determined by sensor 18, depending on the ratio of powers: reactive component of the harmonic power of the fundamental frequency and power, second to compensate for the harmonic components by measuring the latter taken from the storage capacitor 4 voltage. In this case, initially its value is dependent on the power extracted from the power system, so that if the extracted reactive component of the power is sufficient to form equivalent compensating currents, then at the output of the capacitive storage 4 there is a voltage that blocks the presence of the active component of the harmonic of the fundamental current in the modulating the control signal of the PWM rectifier 3, and in this case, only the reactive component of the power is extracted from the power system 1 harmonics of the fundamental frequencies at which energy is used to power the n-phase (for the considered case - phase), an additional power source 5, and therefore for generating compensating currents equivalent. Let us consider in more detail the case of the formation of the equivalent current for compensating the spectrum of higher harmonics, by means of an additional power source 5, only due to the energy of the reactive component of the harmonic of the current of the fundamental frequency, which characterizes its extracted power as sufficient for the formation of equivalent compensating currents.

С выходов датчиков тока 6, 7 и 8, сигналы, пропорциональные несинусоидальным токам, пофазно отбираемым нелинейной нагрузкой, поступают, в том числе на входы блоков 21,22, 23, представляющих собой, для каждой из них, фильтры тока основной частоты, с выхода которых, сигналы, пропорциональные токам гармоники основной частоты, поступают на входы блоков 12, 13 и 14 (количество которых соответствует количеству фаз) формирования логического сигнала, которые совместно с блоками 15, 16, и 17 формирования модулирующего сигнала участвуют в формировании последнего. Очевидно, что количество блоков 6-8, 21-23, 12-14, 15-17 соответствует количеству фаз в энергосистеме. При этом посредством упомянутых блоков, реактивная составляющая модулирующего сигнала фаз «A, B и C» формируется следующим образом. Посредством блоков: датчиков тока 6-8, блоков 21-23 и датчиков питающего напряжения 9-11 (по числу фаз энергосистемы), - формируют сигналы, пропорциональные токам основной часты и питающему напряжению. При этом в сигналах, присутствующих на выходе блоков 21-23, отсутствует синфазность по отношению к «своим» питающим напряжениям. В связи с тем, что процесс формирования реактивной составляющей модулирующего сигнала аналогичен для всех фаз энергосистемы, рассмотрим его формирование относительно фазы «A». В блоке формирования логического сигнала 12 сравниваются знаки сигналов, поступающих на его входы: с выхода блока 21 и датчика питающего напряжения 9; и на его выходе формируется цифровая последовательность нулей и единиц, причем при совпадении знаков сигналов, пропорциональных току и напряжению, на выходе блока 12 формируется логическая единица, а в остальных случаях - логический ноль. Таким образом, логическая единица соответствует той части периода, в течение которого нагрузка 2 отбирает из энергосистемы активную мощность. Далее, сигнал с выхода блока 12 поступает на один из входов блока 15 формирования модулирующего сигнала, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный току, отбираемому нагрузкой 2, от соответствующей фазы, в данном случае от фазы «A». Таким образом, в те моменты, в течение которых логический ноль, поступающий с выхода блока 12, совпадает на входе блока 15 с положительной полуволной отбираемого нагрузкой 2 тока, на выходе блока 15 формируются модулирующие импульсы напряжения, пропорциональные реактивной составляющей тока, отбираемого нагрузкой 2, и синфазные по отношению к ней. Далее, сформированные для каждой из фаз, описанным способом, модулирующие сигналы управления ШИМ-выпрямителем, пропорциональные реактивной составляющей тока гармоники основной частоты, поступают на первую группу сигнальных входов n-фазного блока смесителей 19, и, затем на соответствующие управляющие входы полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3. При этом вторая группа сигнальных входов блока смесителей 19, соответствующих активной составляющей гармоники тока основной частоты, блокируется посредством сигнала, с выхода блока 18. Сигнал блокировки формируется в результате соответствия уровня напряжения в емкостном накопителе 4 заданному значению, что свидетельствует о достаточности величины мощности реактивной составляющей гармоники основной частоты, пофазно извлекаемой из энергосистемы 1, для пофазного формирования эквивалентных компенсирующих токов. При этом сигнал с выхода блока 18 блокирует второй n-фазный (для рассматриваемого случая - трехфазный) блок формирования составляющих модулирующего сигнала 24, и на его выходах сигналы отсутствуют. В течение времени действия импульсов напряжения, сформированных блоком 15, на управляющих входах полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, питание последнего осуществляется за счет: или ЭДС самоиндукции, или напряжения на емкостной составляющей нагрузки, в зависимости от ее характера. Таким образом, посредством управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3 осуществляется извлечение реактивной составляющей тока, отбираемого активно-реактивной нагрузкой 2, в форме, способствующей ее накоплению. Далее, в соответствии с заявленным способом извлеченная описанным способом, энергия реактивного тока основной частоты, накапливается в виде энергии постоянного тока, в емкостном накопителе 4, и далее используется для питания n-фазного (по числу фаз энергосистемы) дополнительного источника мощности 5, в качестве которого используется ШИМ-инвертор, посредством которого, описанным выше способом, формируют и генерируют в энергосистему эквивалентный компенсирующий ток, включающий токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентных токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить. Формирование компенсирующего тока, как уже было показано выше, осуществляют для всех фаз энергосистемы аналогичным образом, посредством формируемого индивидуально, для каждой из них, модулирующего сигнала, управляющего соответствующей фазой упомянутого n-фазного, ШИМ-инвертора.From the outputs of current sensors 6, 7 and 8, signals proportional to non-sinusoidal currents, phase-selected by a non-linear load, are received, including the inputs of blocks 21.22, 23, which are, for each of them, primary frequency current filters, from the output which, signals proportional to the harmonics currents of the fundamental frequency, are fed to the inputs of blocks 12, 13 and 14 (the number of which corresponds to the number of phases) of the formation of a logical signal, which together with the blocks 15, 16, and 17 of the formation of the modulating signal participate in the formation of the latter . Obviously, the number of blocks 6-8, 21-23, 12-14, 15-17 corresponds to the number of phases in the power system. In this case, by means of the said blocks, the reactive component of the modulating signal of the phases “A, B and C” is formed as follows. By means of the blocks: current sensors 6–8, blocks 21–23, and sensors of the supply voltage 9–11 (according to the number of phases of the power system), they generate signals proportional to the currents of the main part and the supply voltage. Moreover, in the signals present at the output of blocks 21-23, there is no common mode with respect to "their" supply voltages. Due to the fact that the process of generating the reactive component of the modulating signal is similar for all phases of the power system, we will consider its formation relative to phase “A”. In the block for generating a logical signal 12, the signs of the signals arriving at its inputs are compared: from the output of block 21 and the supply voltage sensor 9; and at its output a digital sequence of zeros and ones is formed, and if the signs of the signals are proportional to the current and voltage, a logical unit is formed at the output of block 12, and in other cases a logical zero. Thus, a logical unit corresponds to that part of the period during which load 2 selects active power from the power system. Further, the signal from the output of block 12 is supplied to one of the inputs of the modulating signal generating block 15, the second input of which receives a signal proportional to the current taken by load 2 from the corresponding phase, in this case, from phase “A”. Thus, at those moments during which the logical zero coming from the output of block 12 coincides at the input of block 15 with the positive half-wave of the current taken by load 2, modulating voltage pulses proportional to the reactive component of the current taken by load 2 are formed at the output of block 15, and in-phase with respect to it. Next, the modulating control signals of the PWM rectifier, proportional to the reactive component of the harmonic current of the fundamental frequency, generated for each phase in the described manner, are fed to the first group of signal inputs of the n-phase block of the mixers 19, and then to the corresponding control inputs of the fully controlled transistor PWM - rectifier 3. In this case, the second group of signal inputs of the mixer block 19, corresponding to the active component of the harmonic of the current of the fundamental frequency, is blocked by a signal from output b eye 18. The blocking signal is generated as a result of compliance in the capacitive voltage storage level 4, a predetermined value, which indicates the amount of power sufficiency reactive component of harmonics of the fundamental frequency, each phase extracted from the power system 1, for forming equivalent per phase compensating currents. In this case, the signal from the output of block 18 blocks the second n-phase (for the considered case, three-phase) block for the formation of the components of the modulating signal 24, and there are no signals at its outputs. During the duration of the voltage pulses generated by block 15, at the control inputs of a fully controlled transistor PWM rectifier 3, the latter is powered by either the self-inductance EMF or the voltage on the capacitive component of the load, depending on its nature. Thus, by means of a controlled transistor PWM rectifier 3, the reactive component of the current selected by the active-reactive load 2 is extracted in a form that contributes to its accumulation. Further, in accordance with the claimed method, extracted in the described manner, the reactive current energy of the fundamental frequency is accumulated in the form of direct current energy in the capacitive storage 4, and then used to power the n-phase (according to the number of phases of the power system) additional power source 5, as which uses a PWM inverter, by which, as described above, an equivalent compensating current is generated and generated in the power system, including currents of a group of higher harmonic components equivalent to currents of higher harmonics, the proportion of which must be reduced. The formation of the compensating current, as already shown above, is carried out for all phases of the power system in the same way, by means of an individually modulating signal for each of them, which controls the corresponding phase of the n-phase PWM inverter.

В том случае, если извлекаемой реактивной составляющей мощности недостаточно для формирования эквивалентных компенсирующих токов (в фазных токах, отбираемых нагрузкой 2, остается доля высших гармоник, нескомпенсированных описанным выше способом), то из фаз энергосистемы, дополнительно, извлекают активную составляющую тока основной частоты. При этом данный режим определяется автоматически, посредством блока 4, величина напряжения в котором, контролируется посредством датчика напряжения 18. Таким образом, если напряжение в емкостном накопителе 4 становится ниже заранее заданного значения, посредством датчика напряжения 18, на одной из групп управляющих входов блока 24 формируется напряжение, разрешающее его работу в принципе. Блок 24 может быть сформирован из группы усилителей (по одному на фазу), с возможностью их блокировки по одной группе управляющих входов, сигналами, сформированными посредством датчика напряжения 18, и с возможностью управления их коэффициентами усиления по другой группе управляющих входов. При этом на последних присутствуют напряжения, поступающие с выхода n-фазного (по числу фаз энергосистемы) блока емкостных накопителей 68, и сформированные посредством n-фазного (по числу фаз энергосистемы) блока выпрямителей 69, пропорциональные мощностям группы высших гармоник, оставшимся в каждой из фаз энергосистемы, после их компенсации, посредством эквивалентных компенсирующих токов, сформированных за счет энергии реактивной составляющей токов основной частоты. Очевидно, что мощность упомянутых высших гармоник, оставшихся в каждой из фаз, пропорциональна разности: суммарной мощности группы компенсируемых высших гармоник и мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты (или мощности эквивалентных токов компенсации, сформированных за счет упомянутых реактивных составляющих). При этом в связи с тем, что управляющие блоком 24 напряжения, сформированные для каждой из фаз, посредством n-фазного блока задания групп компенсируемых гармоник 25, выделяющего из тока, пофазно отбираемого нагрузкой 2, спектр компенсируемых гармоник, и, следовательно, определяющего в каждой из фаз их остаточный уровень, - пропорциональны упомянутой разности, то формируемые коэффициенты усиления для сигналов, поступающих на сигнальные входы блока 24, с выходов блоков 64, 65 и 66, - также пропорциональны разности суммарной мощности группы компенсируемых высших гармоник и мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, для соответствующей питающей фазы. Таким образом, в случае, если на выходе блока 18 присутствует сигнал разрешения работы блока 24, поступающий на одну из групп управляющих его работой входов, на другую группу его управляющих входов поступают управляющие сигналы, пропорциональные разности суммарной мощности группы компенсируемых высших гармоник и мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, для соответствующей питающей фазы. Одновременно, на группу сигнальных входов блока 24 поступают сигналы, пропорциональные разностным активным токам гармоники основной частоты в симметрируемых и опорной фазах, определяющие активную составляющую модулирующего сигнала управления блоком 3 (долю активной мощности, извлекаемой из симметрируемых фаз посредством симметрирующих токов). Процесс формирования упомянутой активной составляющей модулирующего сигнала управления осуществляется следующим образом. При этом предполагается, что после осуществления первого этапа заявленного способа, энергосистема практически симметрична относительно фазовых углов, а в ее фазах «A, B и C» протекают активные токи основной частоты с различными модулями и доля нескомпенсированных высших гармоник. Далее осуществляется симметрирование n-фазной энергосистемы относительно модулей фазных токов путем извлечения из симметрируемых фаз, посредством симметрирующих токов - доли активной мощности, и за счет их энергии компенсация оставшейся в фазах энергосистемы доли высших гармоник. При этом выбирается фаза, по которой к несимметричной нагрузке протекает ток с наибольшим модулем. В этом случае предполагается, что данная фаза наиболее перегружена током, и она определяется как «опорная» фаза. При этом посредством отбора активной мощности n-фазным полностью управляемым транзисторным ШИМ-выпрямителем 3 (в данном рассматриваемом случае - трехфазным), минимум от одной из двух других недогруженных фаз, не являющихся опорной фазой, осуществляется выравнивание по величине модулей их токов. Таким образом, в энергосистеме осуществляют симметрирование относительно модулей фазных токов. Отбор мощности от симметрируемых фаз осуществляется в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных, периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, длительность которых изменяется по закону изменения величины извлекаемого симметрирующего тока. При этом сигналы, пропорциональные токам гармоники основной частоты фаз «A, B и C», отбираемым от энергосистемы несимметричной нагрузкой 2, посредством датчиков токов 6, 7, и 8, и фильтров гармоники основной частоты 21, 22 и 23, поступают на входы фазоинверторов 20, 29 и 32, и, проинвертированные, поступают, соответственно, на входы выпрямителей 35, 36 и 37, где преобразуются в последовательность однополярных импульсов тока. Далее следует отметить следующее. При формировании составляющих модулирующих сигналов управления отбором симметрирующих токов от симметрируемых фаз, не являющихся опорной фазой, в соответствии с осуществлением заявленного способа, относительно трехфазной системы, условно, формируются три канала проверки фаз энергосистемы на соответствие их критерию «опорная фаза». При этом в каждом из каналов, проверяемый сигнал, изначально задаваемый как опорный и пропорциональный протекающему в проверяемой фазе току, сравнивается с сигналами соседних фаз. В целях арифметического сравнения модуля тока в предполагаемой опорной фазе с токами соседних фаз, последние приводятся к опорной фазе, путем коррекции на соответствующие углы таким образом, чтобы все сравниваемые токи были бы синфазны. При этом если проверяется на соответствие критерию «опорная» - фаза «A», то из нее арифметически вычитаются токи фаз «B и C». Последние корректируются по фазе, соответственно, на 240 и 120 эл. градусов, по направлению прямого чередования фаз. Если проверяется на соответствие критерию «опорная» - фаза «B», то из нее арифметически вычитаются токи фаз «A и C». Последние корректируются на угол, соответственно, на 120 и 240 эл. градусов. Если проверяется на соответствие критерию «опорная» - фаза «C», то из нее арифметически вычитаются токи фаз «A и B». Последние корректируются на угол, соответственно, на 240 и 120 эл. градусов. В случае если модули токов смежных, с проверяемой предполагаемой опорной фазой, фаз меньше модуля тока последней, то проверяемая фаза, окончательно, определяется как опорная. Если хотя бы один из модулей токов, смежных с проверяемой фазой, больше модуля тока последней, то на соответствие критерию «опорная фаза» проверяется следующая фаза «B», и т.д. После того как опорная фаза определена, в соответствии с заданным алгоритмом, описанным ниже, формируются разностные токи фаз: опорной и соответствующей симметрируемой, которые после соответствующей фазовой коррекции определяются в качестве активных составляющих модулирующих сигналов управления соответствующей фазой ШИМ-выпрямителя, посредством которого осуществляется отбор симметрирующих токов в заданных количествах от симметрируемых фаз. О фазовой коррекции разностных сигналов следует отметить следующее. Сформированные описанным выше способом разностные сигналы управления отбором токов от симметрируемых фаз синфазны по отношению к опорной фазе, и их необходимо скорректировать по фазе таким образом, чтобы сигнал управления, соответствующий определенной симметрируемой фазе, был бы синфазен по отношению к ней. Поэтому, перед тем как подаваться на соответствующие управляющие входы ШИМ-выпрямителя, сформированные упомянутые разностные сигналы корректируются на соответствующие углы. Так, например, сигналы фаз «B и C», сформированные как разностные по отношению к сигналу опорной фазы «A», сдвигаются соответственно на углы: 120 и 240 эл. градусов. Таким образом, с выходов блоков 35, 36 и 37, сформированные последовательности импульсов поступают, соответственно на первую группу входов блоков определения опорной фазы: 38 и 39, 43 и 46, 48 и 49, на вторую группу входов которых поступают сигналы, с выходов выпрямителей 40 и 41,44 и 45, 61 и 57, на входы которых поступают сигналы, пропорциональные токам соответствующих фаз, и преобразованные описанным выше способом (скорректированные соответствующим образом по фазе), т.е. посредством блоков 27, 30, 33, сигналы, пропорциональные соответствующим токам фаз A, B и C, проинвертированные в блоках 20, 29, 32, корректируются по фазе, на 120, а посредством блоков 28, 31, 34 - на 240 эл. градусов. Сформированные таким образом сигналы используются, в том числе, для определения фазы с током, имеющим наибольшую амплитуду (опорной фазы). Процесс определения опорной фазы, т.е. фазы с наибольшим модулем тока, осуществляется следующим образом. На входы блока 38 поступают последовательности однополярных импульсов тока с выходов выпрямителей 35 и 37, пропорциональные соответственно: проинвертированному току фазы «A» и сдвинутому на 240 эл. градусов току фазы «B». На входы блока 39 поступают последовательности однополярных импульсов тока с выходов выпрямителей 35 и 41, пропорциональные соответственно: проинвертированному току фазы «A» и сдвинутому на 120 эл. градусов току фазы «C». Таким образом, на выходе блоков 38 и 39, в качестве которых можно использовать компараторы, присутствуют последовательности однополярных импульсов, пропорциональных, соответственно, арифметической разности токов фаз «A и B» и «A и C». При этом в случае, если модуль тока в фазе «A» больше модулей токов в фазах «B и C», - фаза «A» определяется как опорная, а знаки импульсов в упомянутых последовательностях положительны и совпадают. В этом случае на выходе логического элемента 42, реализующего логическую функцию «И», формируется логическая единица, в противном случае - формируется логический нуль. В последнем случае, автоматически, посредством блоков 43, 46, 47 или 48, 49, 50, осуществляется проверка на соответствие критерию «опорной» фаз «B и C». В случае если модуль тока в фазе «B» больше модулей токов в фазах «A и C», то опорной определяется фаза «B», и логическая единица формируется на выходе логического элемента формирования сигнала опорной фазы 47. В случае если модуль тока в фазе «C» больше модулей токов в фазах «A и B», опорной определяется фаза «C», и логическая единица формируется на выходе логического элемента формирования сигнала опорной фазы 50. Одновременно, в блоках формирования сигналов симметрируемых фаз 51 и 52, формируются сигналы, пропорциональные арифметической разности токов фаз «A и B» и «A и C», соответственно. При этом в блоках 53 и 54, 56 и 55 формируются сигналы, пропорциональные арифметической разности токов, соответственно фаз «B, A и B, C» и «C, A и C, B». Каждый из блоков 51, 52, 53, 54, 56 и 55 имеет вход блокировки, на который поступает сигнал блокировки работы упомянутых блоков, соответствующий сигналу логического нуля, в соответствии с логикой реализации предложенного способа, поступающего, соответственно, с выходов блоков 42, 47 и 50. При этом если опорной выбрана фаза «A», только на выходе блока 42 формируется сигнал логической единицы, являющийся сигналом разрешения работы блоков 51 и 52, и при этом на их выходах присутствуют сигналы, пропорциональные арифметической разности токов фаз «A и B» и «A и C», соответственно. На выходах блоков 47 и 50 присутствуют сигналы логического нуля, являющиеся сигналами блокировки, соответственно, пар блоков: 53, 54 и 56, 55, и при этом на всех выходах упомянутых пар блоков сигналы отсутствуют. В случае если фаза «A» не определена, как опорная, на выходе блока 42, присутствует логический нуль, блокирующий работу блоков 51 и 52. Блоки 64, 65, 66, которые могут быть выполнены в виде аналоговых смесителей с возможностью заданного управления величинами суммируемых сигналов, являются блоками формирования активной составляющей модулирующих сигналов управления соответствующими фазами трехфазного, полностью управляемого ШИМ-выпрямителя 3. При этом сигналы, сформированные в упомянутых блоках и поступающие с их выходов на сигнальные входы n-фазного блока формирования активной составляющей сигнала управления 24, как уже было сказано выше, управляются по величине сигналами, поступающими с выходов блока 25 и пропорциональными эквивалентной мощности высших гармоник, оставшихся в каждой из фаз энергосистемы, после их компенсации за счет реактивной мощности гармоники основной частоты, или, что то же самое, пропорциональны разности суммарной мощности группы компенсируемых высших гармоник и мощности реактивной составляющей гармоники тока основной частоты, для соответствующей питающей фазы. При этом сигналы управления извлечением активной составляющей гармоники основной частоты формируются только для симметрируемых фаз, опорная фаза в данном процессе не участвует. Это можно пояснить следующим. Допустим, опорной является фаза «A». Как уже было показано, сигнал логического разрешения (логической единицы) формируется только на выходе блока 42, разрешающего работу блоков 51 и 52, в которых формируются разностные сигналы, пропорциональные соответственно токам фаз: B и A и C и A. Упомянутые разностные сигналы поступают, через блоки восстановления фазы, на входы блоков 66 и 65, посредством которых формируется активная составляющая сигнала управления, соответственно фазами B и C, трехфазного, полностью управляемого ШИМ-выпрямителя 3. При этом блок 53, с выхода которого сигнал, пропорциональный разности токов фаз A и B, через блок восстановления фазы 59, поступает на вход блока формирования активной составляющей модулирующего сигнала управления фазой A ШИМ-выпрямителя 3, а также блок 54, с выхода которого сигнал, пропорциональный разности токов фаз C и B, через блок восстановления фазы 61 поступает на вход блока формирования активной составляющей модулирующего сигнала управления фазой C ШИМ-выпрямителя 3, блокируются сигналом, формируемым в блоке 47, поскольку фаза B, не определена как опорная. Также сигналом запрета (логическим нулем) блокируется работа блоков 55 и 56, поскольку фаза C также не определена как опорная. Таким образом, на выходах блоков 53-56 разностные сигналы отсутствуют, и в формировании активной составляющей модулирующего сигнала управления участвуют только симметрирующие фазы (посредством блоков 66 и 65). По имеющим место причинам отсутствует сигнал на выходе блока 64. Аналогично формируются активные составляющие модулирующих сигналов управления соответствующими фазами полностью управляемого ШИМ-выпрямителя 3, в случае определения в качестве опорной фаз B или C. Посредством блоков восстановления фазы модулирующего сигнала 58-63, сигналы, сформированные арифметическим вычитанием сигналов, пропорциональных току соответствующей симметрируемой и опорной фаз, корректируются на углы, соответствующие фазовому углу между током опорной и соответствующей симметрируемой фазы, при прямом чередовании фаз (для трехфазной системы этот угол равен 120 эл. градусов). При этом если активные составляющие модулирующего сигнала управления формируются относительно опорной фазы A, посредством блоков 51 и 52 для управления фазами «B и C» ШИМ-выпрямителя 3, то сигналы на выходах упомянутых блоков корректируются, соответственно, на 120 и 240 эл. градусов. Аналогично, если активные составляющие модулирующего сигнала управления формируются относительно опорной фазы «B», посредством блоков 53 и 54 для управления фазами «A и C» ШИМ-выпрямителя 3, то сигналы на выходах упомянутых блоков корректируются, соответственно, на 240 и 120 эл. градусов. И, наконец, если активные составляющие модулирующего сигнала управления формируются относительно опорной фазы «C», посредством блоков 55 и 56 для управления фазами «B и A» ШИМ-выпрямителя 3, то сигналы на выходах упомянутых блоков корректируются, соответственно, на 240 и 120 эл. градусов. Таким образом, как было показано, согласно логике взаимодействия блоков, посредством которых реализуется заявленный способ, модулирующий сигнал присутствует только на тех управляющих входах трехфазного полностью управляемого ШИМ-выпрямителя 3, которые соответствуют симметрируемым фазам: применительно к трехфазной системе их два. На третьем же входе, соответствующем опорной фазе, сигнал отсутствует. Следует отметить, что посредством блока задания внешних, пофазных регулирующих воздействий 67, изображенного на поясняющей заявленный способ схеме, в виде сигналов задания, для каждой из фаз энергосистемы, формируют дополнительные ограничивающие воздействия на величины сформированных модулирующих сигналов управления соответствующими фазами ШИМ-выпрямителя, для случая, если несимметрия токов в энергосистеме значительна, а мощность нагрузки постоянного тока по сравнению с ней мала. При этом в соответствии с заявленным способом степень симметрирования задается дополнительно, посредством воздействия на величину активной составляющей управляющего модулирующего сигнала (его уменьшения), с целью его стабилизации на заданном уровне. Блок 67 может быть построен по принципу устройства формирования заданных опорных напряжений, посредством сравнения с которыми, задают величину активных составляющих модулирующих сигналов управления, сформированных соответственно для фаз A, B и C блоками 64-66. При этом управление величинами упомянутых модулирующих сигналов осуществляют по дополнительным управляющим входам, организованным в упомянутых блоках. Таким образом, оставшийся в каждой из симметрируемых фаз - ток, имеет величину модуля, равную, либо заранее заданную посредством блока 67, либо равную величине модуля тока в опорной фазе. Блок 67 может отсутствовать, если изначально планируется, что ток, оставшийся в каждой из симметрируемых фаз, должен иметь величину модуля, равную величине модуля тока в опорной фазе.In the event that the extracted reactive component of the power is not enough to form equivalent compensating currents (in the phase currents taken by load 2, there remains the proportion of higher harmonics uncompensated as described above), then the active component of the main frequency current is additionally extracted from the phases of the power system. Moreover, this mode is determined automatically by means of block 4, the voltage value of which is monitored by means of voltage sensor 18. Thus, if the voltage in capacitive storage 4 becomes lower than a predetermined value, by voltage sensor 18, on one of the groups of control inputs of block 24 voltage is formed allowing its operation in principle. Block 24 can be formed from a group of amplifiers (one per phase), with the possibility of their blocking by one group of control inputs, by signals generated by a voltage sensor 18, and with the possibility of controlling their gains by another group of control inputs. At the same time, the latter contains voltages coming from the output of the n-phase (in terms of the number of phases of the power system) block of capacitive storage devices 68 and formed by the n-phase (in terms of the number of phases of the power system) block of rectifiers 69 proportional to the powers of the group of higher harmonics remaining in each of phases of the power system, after their compensation, by means of equivalent compensating currents formed due to the energy of the reactive component of the currents of the main frequency. Obviously, the power of the mentioned higher harmonics remaining in each phase is proportional to the difference: the total power of the group of compensated higher harmonics and the power of the reactive component of the harmonic of the fundamental current (or the power of equivalent compensation currents generated by the said reactive components). Moreover, due to the fact that the voltages controlling the block 24 are generated for each phase by means of an n-phase block for specifying groups of compensated harmonics 25, which selects the spectrum of compensated harmonics from the current phase-selected by load 2, and, therefore, determines each of the phases, their residual level is proportional to the mentioned difference, then the generated amplification factors for signals arriving at the signal inputs of block 24 from the outputs of blocks 64, 65 and 66 are also proportional to the difference in the total power of the group higher harmonics and power of the reactive component of the harmonic of the current of the fundamental frequency, for the corresponding supply phase. Thus, in the event that at the output of block 18 there is a signal enabling the operation of block 24 to be received at one of the groups of inputs controlling its operation, control signals proportional to the difference in the total power of the group of compensated higher harmonics and the power of the reactive component will arrive at another group of its control inputs harmonics of the fundamental frequency current for the corresponding supply phase. At the same time, signals proportional to the differential active currents of the fundamental frequency harmonic in the symmetrized and reference phases, which determine the active component of the modulating control signal of unit 3 (the fraction of the active power extracted from the symmetrized phases by means of balancing currents), are fed to the group of signal inputs of block 24. The process of forming said active component of the modulating control signal is as follows. It is assumed that after the implementation of the first stage of the claimed method, the power system is almost symmetrical with respect to the phase angles, and in its phases “A, B and C” active currents of the main frequency with various modules and the proportion of uncompensated higher harmonics flow. Then, the n-phase energy system is balanced with respect to the modules of phase currents by extracting the fractions of active power from the phases being balanced, using the balancing currents, and due to their energy, the fraction of higher harmonics remaining in the phases of the energy system is compensated. In this case, the phase is selected in which the current with the largest module flows to the asymmetric load. In this case, it is assumed that this phase is most overloaded with current, and it is defined as a “reference” phase. In this case, by selecting the active power by an n-phase fully controlled transistor PWM rectifier 3 (in this case, three-phase), at least one of the other two underloaded phases that are not the reference phase is equalized by the magnitude of their current modules. Thus, in the power system, balancing is carried out with respect to the modules of the phase currents. The power is taken from the symmetrized phases in the form of an equivalent energy of a sequence of unipolar, periodically repeating pulse-width modulated current pulses, the duration of which varies according to the law of variation of the value of the extracted balancing current. In this case, signals proportional to the harmonics currents of the main frequency of the phases “A, B and C”, taken from the power system with an unbalanced load 2, are fed to the inputs of the phase inverters through the current sensors 6, 7, and 8, and the harmonic filters of the main frequency 21, 22, and 23 20, 29 and 32, and, inverted, are supplied, respectively, to the inputs of the rectifiers 35, 36 and 37, where they are converted into a sequence of unipolar current pulses. The following should be noted. When the components of the modulating control signals are selected to control the selection of balancing currents from symmetrized phases that are not a reference phase, in accordance with the implementation of the claimed method, with respect to a three-phase system, three channels of checking the phases of the power system for compliance with their criterion “reference phase” are formed. Moreover, in each of the channels, the test signal, initially set as the reference signal and proportional to the current flowing in the test phase, is compared with the signals of neighboring phases. In order to arithmetically compare the current module in the proposed reference phase with the currents of neighboring phases, the latter are reduced to the reference phase by correcting for the corresponding angles so that all the compared currents are in phase. Moreover, if it is checked for compliance with the "reference" criterion - phase "A", then the currents of phases "B and C" are arithmetically subtracted from it. The latter are corrected in phase, respectively, at 240 and 120 e. degrees, in the direction of direct phase rotation. If it is checked for compliance with the "reference" criterion - phase "B", then the currents of phases "A and C" are arithmetically subtracted from it. The latter are adjusted by an angle, respectively, of 120 and 240 e. degrees. If it is checked for compliance with the "reference" criterion - phase "C", then the currents of phases "A and B" are arithmetically subtracted from it. The latter are corrected by an angle of 240 and 120 e, respectively. degrees. If the modules of the currents adjacent to the tested prospective reference phase, the phases are less than the current module of the latter, then the tested phase is finally determined as the reference. If at least one of the current modules adjacent to the phase being tested is larger than the current module of the latter, then the next phase “B” is checked for compliance with the “reference phase” criterion, etc. After the reference phase is determined, in accordance with the specified algorithm described below, differential phase currents are formed: the reference and the corresponding symmetrized, which, after the corresponding phase correction, are determined as the active components of the modulating control signals of the corresponding phase of the PWM rectifier, through which the balancing currents in predetermined quantities from the phases being balanced. The following should be noted about the phase correction of difference signals. The difference signals generated by the method described above for controlling the selection of currents from the symmetrized phases are in phase with respect to the reference phase, and they must be corrected in phase so that the control signal corresponding to a certain symmetrized phase is in phase with respect to it. Therefore, before being fed to the corresponding control inputs of a PWM rectifier, the difference signals generated are adjusted to the corresponding angles. So, for example, the signals of the phases “B and C”, formed as difference signals with respect to the signal of the reference phase “A”, are shifted by angles: 120 and 240 el. degrees. Thus, from the outputs of blocks 35, 36 and 37, the generated pulse sequences are transmitted, respectively, to the first group of inputs of the blocks for determining the reference phase: 38 and 39, 43 and 46, 48 and 49, to the second group of inputs of which signals are received, from the outputs of the rectifiers 40 and 41.44 and 45, 61 and 57, the inputs of which receive signals proportional to the currents of the corresponding phases, and converted as described above (adjusted accordingly in phase), i.e. by means of blocks 27, 30, 33, signals proportional to the corresponding currents of phases A, B and C, inverted in blocks 20, 29, 32, are corrected in phase, by 120, and by blocks 28, 31, 34, by 240 el. degrees. The signals thus formed are used, inter alia, to determine the phase with the current having the largest amplitude (reference phase). The process of determining the reference phase, i.e. phase with the largest modulus of current, as follows. The inputs of block 38 receive sequences of unipolar current pulses from the outputs of the rectifiers 35 and 37, proportional, respectively: to the inverted current of phase “A” and shifted by 240 el. degrees to a current of a phase "B". The inputs of block 39 receive a sequence of unipolar current pulses from the outputs of the rectifiers 35 and 41, which are proportional, respectively: to the inverted current of phase “A” and shifted by 120 el. degrees to a current of phase "C". Thus, at the output of blocks 38 and 39, which can be used as comparators, there are sequences of unipolar pulses proportional, respectively, to the arithmetic difference of the phase currents “A and B” and “A and C”. In this case, if the current module in phase "A" is greater than the current modules in phases "B and C", the phase "A" is defined as the reference, and the signs of the pulses in the mentioned sequences are positive and coincide. In this case, at the output of the logical element 42 that implements the logical function "AND", a logical unit is formed, otherwise, a logical zero is formed. In the latter case, automatically, by means of blocks 43, 46, 47 or 48, 49, 50, a check is carried out for compliance with the criterion of the "reference" phases "B and C". If the current module in phase "B" is larger than the current modules in phases "A and C", then the reference phase is determined by "B", and the logical unit is formed at the output of the logic element for generating the signal of the reference phase 47. If the current module in phase “C” has more current modules in phases “A and B”, the reference phase is determined by “C”, and a logical unit is formed at the output of the logic element for generating the signal of the reference phase 50. At the same time, signals are generated in the signal generation blocks of the phases 51 and 52 being synchronized, proportional to arithmetic difference phase currents "A and B" and "A and C", respectively. Moreover, in blocks 53 and 54, 56 and 55, signals are generated that are proportional to the arithmetic difference of the currents, respectively, of the phases “B, A and B, C” and “C, A and C, B”. Each of the blocks 51, 52, 53, 54, 56, and 55 has a blocking input to which a blocking signal for the operation of the said blocks is received, corresponding to a logic zero signal, in accordance with the logic of the implementation of the proposed method, arriving, respectively, from the outputs of blocks 42, 47 and 50. In this case, if the phase “A” is selected as the reference, only a logic unit signal is generated at the output of block 42, which is the enable signal for blocks 51 and 52, and at the same time, their outputs contain signals proportional to the arithmetic difference of the phase currents “A and B” "And" A and C ", accordingly. At the outputs of blocks 47 and 50, there are logical zero signals, which are blocking signals, respectively, of pairs of blocks: 53, 54 and 56, 55, and there are no signals at all outputs of the mentioned pairs of blocks. If the phase "A" is not defined as the reference, at the output of block 42, there is a logical zero blocking the operation of blocks 51 and 52. Blocks 64, 65, 66, which can be made in the form of analog mixers with the possibility of specified control of the summed values signals, are blocks of formation of the active component of the modulating control signals of the corresponding phases of a three-phase, fully controlled PWM rectifier 3. In this case, the signals generated in the said blocks and coming from their outputs to the signal inputs of n-phases of the formation block of the active component of the control signal 24, as mentioned above, are controlled by the magnitude of the signals coming from the outputs of block 25 and proportional to the equivalent power of the higher harmonics remaining in each phase of the power system, after their compensation due to the reactive power of the fundamental frequency harmonic, or, which is the same, are proportional to the difference in the total power of the group of compensated higher harmonics and the power of the reactive component of the harmonic of the current of the fundamental frequency, for the corresponding supply her phases. In this case, control signals for extracting the active component of the harmonic of the fundamental frequency are generated only for the phases being balanced, the reference phase is not involved in this process. This can be explained as follows. Suppose the reference phase is “A”. As already shown, a logical resolution signal (logical unit) is generated only at the output of block 42, which allows the operation of blocks 51 and 52, in which differential signals are generated, which are proportional to the phase currents, respectively: B and A and C and A. The mentioned difference signals are received, through phase recovery blocks, to the inputs of blocks 66 and 65, through which the active component of the control signal is formed, respectively, phases B and C, of a three-phase, fully controlled PWM rectifier 3. At the same time, block 53, from the output of which the signal is proportional the ionic difference of the currents of phases A and B, through the phase recovery unit 59, is fed to the input of the active component generating unit of the modulating signal for controlling the phase A of the PWM rectifier 3, as well as the unit 54, from the output of which a signal proportional to the difference of the currents of the phases C and B, through the phase recovery unit 61 is fed to the input of the active component generating unit of the modulating signal for controlling the phase C of the PWM rectifier 3, they are blocked by the signal generated in block 47, since phase B is not defined as the reference one. Also, the inhibit signal (logical zero) blocks the operation of blocks 55 and 56, since phase C is also not defined as a reference. Thus, there are no difference signals at the outputs of blocks 53-56, and only the balancing phases are involved in the formation of the active component of the modulating control signal (by means of blocks 66 and 65). For some reasons, there is no signal at the output of block 64. Similarly, the active components of the modulating control signals of the corresponding phases of the fully controlled PWM rectifier 3 are formed, if B or C are defined as the reference phases. By means of the phase recovery blocks of the modulating signal 58-63, the signals formed by arithmetic subtraction of signals proportional to the current of the corresponding symmetrized and reference phases, are corrected by the angles corresponding to the phase angle between the reference current and the corresponding stvuyuschey simmetriruemoy phase with the direct phase sequence (for a three-phase system this angle is 120 el. degrees). Moreover, if the active components of the modulating control signal are formed relative to the reference phase A, by means of blocks 51 and 52 for controlling the phases “B and C” of the PWM rectifier 3, then the signals at the outputs of the said blocks are corrected, respectively, by 120 and 240 e. degrees. Similarly, if the active components of the modulating control signal are formed relative to the reference phase “B”, by means of blocks 53 and 54 for controlling the phases “A and C” of the PWM rectifier 3, the signals at the outputs of the said blocks are corrected, respectively, by 240 and 120 e. degrees. And finally, if the active components of the control modulating signal are formed relative to the reference phase “C”, by means of blocks 55 and 56 for controlling the phases “B and A” of the PWM rectifier 3, then the signals at the outputs of the said blocks are corrected, respectively, by 240 and 120 email degrees. Thus, as was shown, according to the logic of interaction of the blocks by which the claimed method is implemented, the modulating signal is present only on those control inputs of a three-phase fully controllable PWM rectifier 3 that correspond to symmetrized phases: as applied to a three-phase system, there are two of them. At the third input, corresponding to the reference phase, the signal is absent. It should be noted that by means of a unit for setting external, phase-by-phase control actions 67, shown in the diagram explaining the claimed method, in the form of reference signals, for each of the phases of the power system, additional limiting effects on the values of the generated modulating control signals of the corresponding phases of the PWM rectifier are formed, for the case if the asymmetry of currents in the power system is significant, and the DC load power is small compared to it. Moreover, in accordance with the claimed method, the degree of balancing is set additionally, by affecting the magnitude of the active component of the control modulating signal (its reduction), in order to stabilize it at a given level. Block 67 can be built on the principle of a device for generating predetermined reference voltages, by comparison with which, the magnitude of the active components of the modulating control signals generated respectively for phases A, B, and C by blocks 64-66 is set. At the same time, the control of the values of the said modulating signals is carried out by additional control inputs organized in the said blocks. Thus, the current remaining in each of the phases being symmetrized has a modulus value equal to or predetermined by block 67, or equal to the magnitude of the current module in the reference phase. Block 67 may be absent if it is initially planned that the current remaining in each of the phases to be balanced should have a modulus equal to the magnitude of the current modulus in the reference phase.

Далее, сформированные описанным способом активные составляющие модулирующих сигналов управления суммируются в n-фазном блоке смесителей 19, с реактивными составляющими сигнала управления, сформированными с помощью блоков 15-17, и посредством сформированных таким образом модулирующих сигналов управления соответствующими фазами n-фазного полностью управляемого транзисторного ШИМ-выпрямителя 3, из энергосистемы извлекают реактивную составляющую гармоники основной частоты, и, если необходимо, из симметрируемых фаз, дополнительно, посредством симметрирующих токов извлекают долю активной мощности и за счет извлеченной энергии формируют эквивалентные токи компенсации ряда высших гармонических составляющих.Further, the active components of the modulating control signals generated by the described method are summed in the n-phase block of the mixers 19, with the reactive components of the control signal generated by the blocks 15-17, and by means of the modulating control signals thus generated corresponding to the phases of the n-phase fully controlled transistor PWM - rectifier 3, from the power system, the reactive component of the harmonic of the fundamental frequency is extracted, and, if necessary, from the phases being balanced, additionally, through tion of balancing currents extracted fraction of active power and thus form the recovered energy compensating currents equivalent number of higher harmonic components.

Таким образом, в результате последовательности действий, осуществляемых в соответствии с заявленным способом, повышение качества и эффективности использования электроэнергии, добиваются посредством: повышения эффективности процесса компенсации высших гармонических составляющих (за счет компенсации высших гармонических составляющих в спектре тока, отбираемого нелинейной нагрузкой); снижения непроизводительных потерь электроэнергии, вызванных реактивными токами основной и высших гармоник; использования для осуществления процесса компенсации высших гармонических составляющих тока, реактивной энергии гармоники основной частоты; пофазное выравнивание токовых нагрузок.Thus, as a result of the sequence of actions carried out in accordance with the claimed method, improving the quality and efficiency of electricity use is achieved by: increasing the efficiency of the process of compensation of higher harmonic components (by compensating for higher harmonic components in the spectrum of the current, selected by non-linear load); reduction of unproductive losses of electricity caused by reactive currents of the main and higher harmonics; use for the process of compensation of the higher harmonic components of the current, the reactive energy of the harmonic of the fundamental frequency; phase-by-phase equalization of current loads.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. А.С. СССР №1823072, Бюл. №23, 23.06.1993, Кл. H02J 3/18, 3/26, 1993.1. A.S. USSR No. 1823072, Bull. No. 23, 06/23/1993, Cl. H02J 3/18, 3/26, 1993.

2. Патент РФ №2237334, опубликовано: 2004.05.20.2. RF patent No. 2237334, published: 2004.05.20.

Claims (1)

Способ повышения качества и эффективности использования электроэнергии в n-фазной системе энергоснабжения, при осуществлении которого долю ряда высших гармонических составляющих в потоке мощности энергосистемы уменьшают посредством их регулируемой компенсации, отличающийся тем, что эквивалентный компенсирующий ток, включающий токи группы высших гармонических составляющих, эквивалентные токам высших гармоник, долю которых необходимо уменьшить в потоке мощности, отбираемом n-фазной нелинейной нагрузкой, генерируют в каждую из n фаз энергосистемы посредством дополнительного n-фазного источника мощности, питание которого осуществляют либо за счет извлекаемой из каждой из фаз энергосистемы самостоятельно энергии реактивной составляющий гармоники основной частоты, в случае если ее величина для соответствующей фазы больше упомянутой суммарной мощности токов группы высших гармоник, либо в случае, если последняя больше реактивной составляющей мощности тока гармоники основной частоты - за счет извлекаемых совместно ее реактивной мощности и мощности активной составляющей, извлекаемой посредством симметрирующих токов, в доле, пропорциональной разности суммарной мощности группы компенсируемых высших гармоник и реактивной мощности тока гармоники основной частоты, минимум из одной фазы, составляющей группу симметрируемых фаз, таким образом, чтобы оставшийся в каждой из фаз упомянутой группы ток гармоники основной частоты имел бы величину модуля, равную либо заранее заданной, либо величине модуля тока в опорной фазе, которую, в свою очередь, предварительно определяют из n-питающих фаз несимметричной системы энергоснабжения по условию максимального значения модуля тока гармоники основной частоты, при этом извлечение реактивной и активной составляющих осуществляют n-фазным полностью управляемым ШИМ-выпрямителем в виде эквивалентной энергии последовательности однополярных периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, которую после преобразования в энергию постоянного тока используют для формирования упомянутого эквивалентного компенсирующего тока, в спектре которого высшие гармонические составляющие находятся в противофазе по отношению к эквивалентным токам высших гармоник в спектре тока, отбираемого нелинейной нагрузкой, формируемого и генерируемого в каждую фазу упомянутым n-фазным дополнительным источником мощности, управляемого сигналом, формируемым для каждой из фаз отдельно, посредством геометрической суммы токов компенсируемых высших гармонических составляющих, при этом в упомянутой последовательности однополярных периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов тока, формируемых n-фазным полностью управляемым ШИМ-выпрямителем, их длительность формируют по закону изменения огибающей соответствующего управляющего модулирующего сигнала, пропорционального извлекаемому из энергосистемы току, и формируемого соответственно для самостоятельно извлекаемой реактивной составляющей тока основной частоты посредством пропорционального ей сигнала для извлекаемых совместно реактивной и активной составляющих посредством сигнала, пропорционального геометрической сумме упомянутой реактивной составляющей тока основной частоты и доле его активной составляющей, извлекаемой из соответствующей симметрирующей фазы, в свою очередь, которую формируют пропорционально: либо арифметической разности токов - тока опорной фазы и тока соответствующей симметрируемой фазы; либо упомянутой арифметической разности токов, ограниченной до заданной величины. A method of improving the quality and efficiency of energy use in an n-phase power supply system, in which the proportion of a number of higher harmonic components in the power flow of a power system is reduced by means of their adjustable compensation, characterized in that the equivalent compensating current, including currents of a group of higher harmonic components, equivalent to higher currents harmonics, the proportion of which must be reduced in the power flow sampled by an n-phase nonlinear load, is generated in each of the n phases a power system by means of an additional n-phase power source, the power of which is provided either by extracting from each phase of the power system its own energy of the reactive component of the fundamental frequency harmonic, if its value for the corresponding phase is greater than the mentioned total current power of the group of higher harmonics, or if if the latter is greater than the reactive component of the harmonic current power of the fundamental frequency - due to its combined reactive power and active component power extracted together extracting by means of balancing currents, in a proportion proportional to the difference in the total power of the group of compensated higher harmonics and the reactive power of the harmonic current of the fundamental frequency, from at least one phase making up the group of symmetrical phases, so that the main current remaining in each phase of the said group frequency would have a modulus equal to either a predetermined or the magnitude of the current modulus in the reference phase, which, in turn, is preliminarily determined from the n-supply phases of the asymmetric system energy supply according to the condition of the maximum value of the harmonic current modulus of the fundamental frequency, while the reactive and active components are extracted by an n-phase fully controllable PWM rectifier in the form of an equivalent energy of a sequence of unipolar periodically repeating pulse-width modulated current pulses, which is used after conversion to direct current energy for the formation of the said equivalent compensating current, in the spectrum of which the higher harmonic components are in antiphase with respect to the equivalent currents of higher harmonics in the spectrum of the current sampled by a nonlinear load generated and generated in each phase by the aforementioned n-phase additional power source controlled by a signal generated separately for each phase by means of the geometric sum of the currents of the compensated higher harmonic components while in the above sequence of unipolar periodically repeating pulse-width modulated current pulses generated by an n-phase fully controlled PWM rectifier, their duration is formed according to the law of the envelope of the corresponding control modulating signal proportional to the current extracted from the power system, and generated accordingly for the independently extracted reactive component of the main frequency current by means of a signal proportional to it for the extracted reactive and active components by means of a signal proportional to the geometric sum of the aforementioned reactive component of the main frequency current and the proportion of its active state -governing extracted from the respective phase balancing, in turn, formed in proportion to either the arithmetic difference between the currents - current reference phase and the current phase corresponding simmetriruemoy; or the mentioned arithmetic difference of currents, limited to a given value.