RU2452076C2 - Methods for control of static stabilised ac voltage sources working in parallel for common load - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: according to the control method one measures output voltage and current instantaneous values per each source; the measured output voltage and current instantaneous values are converted from the abc three-phase coordinate system into the dq two-phase coordinate system rotating at constant frequency Ω; comparison signals are generated for d- and q- components which signals distribute the load current between the sources working in parallel and stabilise the voltage parameters on the common load in the established mode; the modulating voltage amplitude and phase are generated by way of reverse conversion of d- and q- components from dq two-phase coordinate system into abc three-phase coordinate system; for each source additional signals are generated proportional to the d- and q-components of the source currents; the additional signals are summarised with the corresponding d- and q-components of the comparison signals; the said reverse conversion is performed using summarised signals.

EFFECT: enhancement of dynamic characteristics of sources working in parallel through decrease of the value of variation of voltage on the common load and reduction of duration of the transitory process of establishment of the total voltage parameters during load commutation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии или систем гарантированного электропитания, в которых для достижения надежности электропитания и повышения выходной мощности статические стабилизированные источники электрической энергии включаются параллельно на общую нагрузку. Первичными источниками с нестабильными параметрами входной энергии в таких системах может служить сеть промышленной частоты или синхронный генератор с переменной скоростью вращения вала или аккумуляторная батарея. Функция стабилизации параметров переменного выходного напряжения возлагается на статический преобразователь частоты (непосредственный преобразователь частоты), преобразующий напряжение одной, как правило, нестабильной частоты в напряжение другой, стабильной частоты, или на статические преобразователи, реализующие формирование переменного напряжения одной частоты из переменного напряжения другой частоты через звено постоянного тока (выпрямитель-инвертор), или на инвертор при первичном источнике постоянного напряжения. Требуемый гармонический состав выходного напряжения достигается включением на выходе источника низкочастотного фильтра.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the construction of electrical energy generation systems or guaranteed power supply systems, in which to achieve reliable power supply and increase the output power, static stabilized sources of electrical energy are connected in parallel to the total load. The primary sources with unstable input energy parameters in such systems can be an industrial frequency network or a synchronous generator with a variable shaft speed or a battery. The function of stabilizing the parameters of the alternating output voltage is assigned to a static frequency converter (direct frequency converter), which converts the voltage of one, as a rule, unstable frequency to the voltage of another, stable frequency, or to static converters that realize the formation of an alternating voltage of one frequency from an alternating voltage of another frequency through DC link (rectifier-inverter), or to the inverter with the primary source of constant voltage. The required harmonic composition of the output voltage is achieved by turning on the low-pass filter source at the output.

Известен способ управления статическими стабилизированными источниками напряжения переменного тока, работающими параллельно на общую нагрузку [Пат. 2379812 РФ, МКИ6: H02J 3/46, МКИ7: Н02М 7/48, Н02М 7/493, Н02М 7/5387. Способ управления статическими стабилизированными источниками напряжения переменного тока, работающими параллельно на общую нагрузку / Н.И.Бородин, С.А.Харитонов // Изобретения, 2010. - №2], заключающийся в том, что для каждого источника измеряют мгновенные значения выходного напряжения и тока, формируют эталонный сигнал амплитуды, формируют эталонный сигнал фазы, формируют сигналы, пропорциональные амплитуде и фазе выходного напряжения источника, измеряют активные и реактивные составляющие токов источников, для каждой составляющей формируют разностное напряжение, разностные напряжения активных и реактивных составляющих токов формируют как разность соответствующих составляющих токов только двух источников, а именно разность составляющих токов данного и другого источников или разность составляющих токов других источников, разностное напряжение активных составляющих токов суммируют с сигналом, пропорциональным амплитуде выходного напряжения источника, формируют сигнал сравнения амплитуды путем интегрирования разности эталонного сигнала амплитуды и суммарного сигнала, соответствующего разности активных составляющих токов, пропорционально которому формируют амплитуду управляющего напряжения, разностное напряжение реактивных составляющих токов суммируют с сигналом, пропорциональным фазе выходного напряжения источника, формируют сигнал сравнения фазы путем интегрирования разности эталонного сигнала фазы и суммарного сигнала, соответствующего разности реактивных составляющих токов, пропорционально которому формируют фазу управляющего напряжения, причем каждая разность составляющих токов при формировании соответствующих суммарных сигналов используется только один раз.A known method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel to the total load [US Pat. 2379812 RF, MKI6: H02J 3/46, MKI7: Н02М 7/48, Н02М 7/493, Н02М 7/5387. A method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load / N. I. Borodin, S. A. Kharitonov // Inventions, 2010. - No. 2], which consists in the fact that for each source measure the instantaneous output voltage and current, form the reference signal of the amplitude, form the reference signal of the phase, generate signals proportional to the amplitude and phase of the output voltage of the source, measure the active and reactive components of the currents of the sources, for each component of the form comfort difference voltage, difference voltages of active and reactive component currents form as the difference of the respective component currents of only two sources, namely the difference of the component currents of this and other sources or the difference of component currents of other sources, the difference voltage of the active components of the currents is summed with a signal proportional to the amplitude of the output voltage source, generate a signal comparing the amplitude by integrating the difference between the reference signal of the amplitude and the total s the voltage corresponding to the difference of the active components of the currents, which is proportional to which the amplitude of the control voltage is formed, the differential voltage of the reactive components of the currents is summed with a signal proportional to the phase of the output voltage of the source, a phase comparison signal is generated by integrating the difference of the reference phase signal and the total signal corresponding to the difference of the reactive components of the currents in proportion to which the phase of the control voltage is formed, each difference of the component currents in the formation of the corresponding total signals is used only once.

Данный способ управления реализует высокую стабильность параметров напряжения на общей нагрузке (амплитуды и фазы) и точность распределения тока нагрузки между источниками только в статическом режиме. Однако при коммутации общей нагрузки из-за формирования соответствующих сигналов сравнения путем интегрирования разностных сигналов приводит к изменению напряжения на нагрузке («провал» или «выброс»), которые компенсируются сигналами управления за время, определяемое длительностью операции интегрирования. Поэтому динамические характеристики параллельно работающих источников при таком способе управления будут низкими.This control method realizes high stability of voltage parameters at a common load (amplitude and phase) and the accuracy of load current distribution between sources only in static mode. However, when switching the total load due to the formation of the corresponding comparison signals by integrating the difference signals, it leads to a change in the load voltage (“dip” or “surge”), which are compensated by control signals for the time determined by the duration of the integration operation. Therefore, the dynamic characteristics of parallel working sources with this control method will be low.

Кроме того, известен способ управления статическими стабилизированными источниками напряжения переменного тока, работающими параллельно на общую нагрузку [Пат. 2380820 РФ, МКИ6: Н02М 5/297, Н02Р 13/00, МКИ7: Н02М 7/493. Способ управления статическими стабилизированными источниками напряжения переменного тока, работающими параллельно на общую нагрузку / Н.И.Бородин, С.А.Харитонов // Изобретения, 2010. - №3], который является прототипом предлагаемого изобретения, и заключается в том, что для каждого источника измеряют мгновенные значения выходного напряжения и тока, измеренные мгновенные значения напряжения и тока каждого источника преобразуют из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω двухфазную dq-систему координат, формируют эталонные сигналы для d- и q-составляющих выходного напряжения источника, формируют сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим выходного напряжения, формируют сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим токов источников, для каждого источника формируют первое разностное напряжение путем вычитания d-составляющих токов источников и второе разностное напряжение путем вычитания q-составляющих токов источников, причем указанные первое и второе разностные напряжения формируют, соответственно, как разность d- или q-составляющих токов только двух источников, а именно разность составляющих токов данного и другого источников или разность составляющих токов других источников, причем каждая разность при формировании соответствующих разностных напряжений используется только один раз, первое разностное напряжение суммируют с сигналом, пропорциональным d-составляющей выходного напряжения, второе разностное напряжение суммируют с сигналом, пропорциональным q-составляющей выходного напряжения, формируют первый сигнал сравнения путем интегрирования разности эталонного сигнала для d-составляющей напряжения источника и суммарного сигнала, соответствующего разности d-составляющих токов источников, и второй сигнал сравнения путем интегрирования разности эталонного сигнала для q-составляющей напряжения источника и суммарного сигнала, соответствующего разности q-составляющих токов источников, по сигналам сравнения формируют амплитуду и фазу модулирующего напряжения обратным преобразованием d- и q-составляющих результата сравнения из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат.In addition, a known method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel to a common load [US Pat. 2380820 RF, MKI6: Н02М 5/297, НОР 13/00, MKI7: Н02М 7/493. A method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load / N.I. Borodin, S.A. Kharitonov // Inventions, 2010. - No. 3], which is a prototype of the invention, and that for of each source, the instantaneous values of the output voltage and current are measured, the measured instantaneous values of the voltage and current of each source are converted from a three-phase abc coordinate system to a two-phase dq coordinate system rotating with a constant frequency Ω, forming t reference signals for the d- and q-components of the output voltage of the source, generate signals proportional to the d- and q-components of the output voltage, generate signals proportional to the d- and q-components of the currents of the sources, for each source form the first differential voltage by subtracting d of the component currents of the sources and the second difference voltage by subtracting the q component of the currents of the sources, the first and second difference voltage forming, respectively, as the difference of the d or q component currents only about two sources, namely the difference of the component currents of this and other sources or the difference of the component currents of other sources, each difference being used only once during the formation of the corresponding difference voltages, the first difference voltage is summed with a signal proportional to the d-component of the output voltage, the second difference voltage summed with a signal proportional to the q-component of the output voltage, form the first comparison signal by integrating the difference of the reference signal and for the d-component of the voltage of the source and the total signal corresponding to the difference of the d-component currents of the sources, and the second comparison signal by integrating the difference of the reference signal for the q-component of the voltage of the source and the total signal corresponding to the difference of the q-components of the currents from the comparison signals, the amplitude and phase of the modulating voltage by the inverse transformation of the d- and q-components of the comparison result from a two-phase dq-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system.

Данный способ управления реализует также высокую точность распределения составляющих тока нагрузки между параллельно работающими источниками и высокую точность стабилизации параметров напряжения на общей нагрузке только в установившемся режиме за счет использования интегрирования соответствующих постоянных разностных сигналов. Но при коммутации нагрузки, как и в предыдущем способе, будут происходить изменения напряжения на общей нагрузке, и длительность переходного процесса установления напряжения будет определяться временем операции интегрирования соответствующих разностных сигналов. Поэтому динамические характеристики параллельно работающих источников будут низкими.This control method also implements high accuracy of the distribution of the components of the load current between parallel sources and high accuracy of stabilization of voltage parameters at the total load only in the steady state due to the use of integration of the corresponding constant differential signals. But when switching the load, as in the previous method, voltage changes will occur on the total load, and the duration of the transient voltage establishment process will be determined by the integration operation time of the corresponding differential signals. Therefore, the dynamic characteristics of parallel sources will be low.

Задача изобретения - повышение динамических характеристик параллельно работающих источников за счет уменьшения величины изменения напряжения на общей нагрузке и сокращения длительности переходного процесса установления параметров общего напряжения при коммутации нагрузки.The objective of the invention is to increase the dynamic characteristics of parallel sources by reducing the magnitude of the voltage change at the total load and reducing the duration of the transition process of establishing the parameters of the total voltage during switching load.

Это достигается тем, что в известном способе управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку, заключающемся в том, что для каждого источника измеряют мгновенные значения выходного напряжения и тока, измеренные мгновенные значения напряжения и тока каждого источника преобразуют из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω двухфазную dq-систему координат, формируют сигналы сравнения для d- и q-составляющих, распределяющие ток нагрузки между параллельно работающими источниками и стабилизирующие параметры напряжения на общей нагрузке в установившемся режиме, формируют амплитуду и фазу модулирующего напряжения обратным преобразованием d- и q-составляющих из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, для каждого источника формируют дополнительные сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим токов источников, суммируют дополнительные сигналы с соответствующими d- и q-составляющими сигналов сравнения, и указанное обратное преобразование осуществляют с использованием суммарных сигналов.This is achieved by the fact that in the known method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load, namely, for each source, the instantaneous values of the output voltage and current are measured, the instantaneous values of the voltage and current of each source are converted from a three-phase abc- coordinate systems into a two-phase dq-coordinate system rotating at a constant frequency Ω, generate comparison signals for d- and q-components, distributing the load current m between parallel working sources and stabilizing voltage parameters at a common load in the steady state, they form the amplitude and phase of the modulating voltage by inverting the d- and q-components from a two-phase dq-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system, additional signals proportional to each other are generated d- and q-components of the currents of the sources, add additional signals with the corresponding d- and q-components of the comparison signals, and the specified inverse transformation is carried out out using sum signals.

На фиг.1 представлена одна из возможных структурных схем, реализующая предлагаемый способ управления параллельно работающими источниками. На фиг.2 и фиг.3 представлены результаты моделирования в среде моделирования PSIM переходных процессов при коммутации общей нагрузки трех инверторов напряжения при параллельной работе на общую нагрузку.Figure 1 presents one of the possible structural schemes that implements the proposed method for controlling parallel sources. Figure 2 and figure 3 presents the simulation results in a simulation environment PSIM transients when switching the total load of the three voltage inverters in parallel with the total load.

Структурная схема фиг.1 реализует параллельную работу N трехфазных статических стабилизированных источников переменного напряжения ИCT₁…ИCT_N (блоки 1…3), трехфазные выходы которых соединены с общей нагрузкой Н (блок 4). Каждый источник включает в себя источник эталонного сигнала d-составляющей выходного напряжения

(блок 5) и источник эталонного сигнала q-составляющей выходного напряжения

(блок 6), которые соединены с первыми, уменьшаемыми входами схем вычитания (блоки 7 и 8). Вторые вычитаемые входы схем вычитания (блоки 7 и 8) соединены с выходами пропорциональных звеньев для d- и q- составляющих выходного напряжения

и

(блоки 9, 10). Третьи, вычитаемые входы схем вычитания (блоки 7 и 8) соединены с выходами пропорциональных звеньев разностей d- и q-составляющих токов источников

и

(блоки 11, 12). Выходы схем вычитания (блоки 7 и 8) соединены с входами интеграторов

и

(блоки 13, 14). Выходы интеграторов соединены с первыми входами сумматоров (блоки 15 и 16). Вторые входы сумматоров (блоки 15 и 16) соединены с выходами пропорциональных звеньев

и

(блоки 17 и 18). Выходы сумматоров соединены с входами обратных преобразователей координат ПК^-1 (блок 19), выходы которых соединены с входами систем импульсно-фазового управления СИФУ_i (блок 20). Выходы систем импульсно-фазового управления соединены с силовыми схемами статических преобразователей частоты ПЧ (блок 21). На силовые схемы преобразователей так же поступают напряжения источников нестабильного напряжения Uc (блок 22). Выходы силовых схем через низкочастотные фильтры Ф_i (блок 23), датчики мгновенного значения фазного тока ДТа, ДТв, ДТс (блоки 24…26) соединены с общей нагрузкой Н (блок 4) и входами прямых преобразователей координат выходного напряжения ПК (блок 27). Выходы прямых преобразователей координат выходного напряжения ПК (блок 27) соединены с входами пропорциональных звеньев

и

(блоки 9, 10). Выходы датчиков мгновенных значений фазных токов ДТа, ДТв, ДТс (блоки 24…26) соединены с входами прямых преобразователей координат выходных токов ПК (блок 28), выходы которых соединены с входами схем вычитания (блоки 29…34) и входами пропорциональных звеньев

и

(блоки 17 и 18). Выходы схем вычитания (блоки 29…34) соединены с входами соответствующих пропорциональных звеньев

и

(блоки 11, 12).The block diagram of figure ₁ implements the parallel operation of N three-phase static stabilized AC voltage sources ICT ₁ ... ICT _N (blocks 1 ... 3), the three-phase outputs of which are connected to a common load N (block 4). Each source includes a reference signal source d-component of the output voltage

(block 5) and the source signal of the q-component of the output voltage

(block 6), which are connected to the first, reduced inputs of the subtraction schemes (blocks 7 and 8). The second subtracted inputs of the subtraction schemes (blocks 7 and 8) are connected to the outputs of the proportional links for the d- and q-components of the output voltage

and

(blocks 9, 10). The third, subtracted inputs of the subtraction schemes (blocks 7 and 8) are connected to the outputs of the proportional links of the differences of the d- and q-component currents of the sources

and

(blocks 11, 12). The outputs of the subtraction schemes (blocks 7 and 8) are connected to the inputs of the integrators

and

(blocks 13, 14). The outputs of the integrators are connected to the first inputs of the adders (blocks 15 and 16). The second inputs of the adders (blocks 15 and 16) are connected to the outputs of the proportional links

and

(blocks 17 and 18). The outputs of the adders are connected to the inputs of the inverse coordinate transformers PC ^-1 (block 19), the outputs of which are connected to the inputs of the pulse-phase control systems SIFU _i (block 20). The outputs of the pulse-phase control systems are connected to the power circuits of the inverter static frequency converters (block 21). The voltage circuits of the converters also receive the voltage of the sources of unstable voltage Uc (block 22). The outputs of the power circuits through low-pass filters Ф _i (block 23), sensors of the instantaneous phase current value ДТа, ДТв, ДТс (blocks 24 ... 26) are connected to the common load Н (block 4) and to the inputs of the direct coordinate converters of the output voltage PC (block 27) . The outputs of the direct transducers of coordinates of the output voltage PC (block 27) are connected to the inputs of the proportional links

and

(blocks 9, 10). The outputs of the sensors of instantaneous values of the phase currents DTa, DTv, DTs (blocks 24 ... 26) are connected to the inputs of the direct coordinate converters of the output currents of the PC (block 28), the outputs of which are connected to the inputs of the subtraction circuits (blocks 29 ... 34) and the inputs of the proportional links

and

(blocks 17 and 18). The outputs of the subtraction circuits (blocks 29 ... 34) are connected to the inputs of the corresponding proportional links

and

(blocks 11, 12).

Нагрузка Н (блок 4) может представлять собой резистор или последовательное или параллельное включение резистора и дросселя.The load H (block 4) may be a resistor or series or parallel connection of a resistor and inductor.

Источники эталонных сигналов d-составляющей выходного напряжения (блок 5) и q-составляющей выходного напряжения (блок 6), например параметрические стабилизаторы (см. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986). Схемы вычитания (блоки 7 и 8, 29…34), пропорциональные звенья (блоки 9, 10 и 11, 12), интеграторы (блоки 13, 14), сумматоры (блоки 15 и 16) представляют собой типовые элементарные звенья, известные из теории автоматического регулирования (см. Теория автоматического управления. Ч1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. А.А.Воронова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977). Обратный преобразователь координат ПК^-1 (блок 19) реализует известное из электромеханики и теории автоматизированного электропривода преобразование двух dq-координат системы координат, вращающейся с постоянной частотой Ω, в трехфазную, симметричную с постоянной частотой Ω abc-систему координат (Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и представляет собой умножитель аналоговых сигналов (Тимонеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.). СИФУ_i (блок 20) - стандартная система импульсно-фазового управления, реализующая вертикальный принцип управления (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980). Силовая схема статического источника переменного напряжения ПЧ (блок 21) может представлять собой непосредственный преобразователь частоты или последовательное включение выпрямителя и инвертора или инвертор (см. B.C.Руденко, В.И.Сенько, И.М.Чиженко. Основы преобразовательной техники. - М.: Высш. школа, 1980). Источник нестабильного напряжения Uc (блок 22) - промышленная сеть или синхронный генератор с переменной скоростью вращения ротора или аккумуляторная батарея. Силовой фильтр Ф (блок 23), например, однозвенный LC-фильтр в каждой выходной фазе или С-фильтр в каждой выходной фазе. Датчики мгновенного значения фазного тока (блоки 24…26), например, трансформаторы тока. Прямые преобразователи координат ПК (блоки 27, 28) реализуют известное из электромеханики и теории автоматизированного электропривода преобразование трехфазных величин (токов и напряжений) их трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω d- и q-составляющие системы dq-координат (Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980) и представляют собой умножители аналоговых сигналов (Тимонеев В.П., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь. - 1982. - 112 с.).Sources of reference signals of the d-component of the output voltage (block 5) and the q-component of the output voltage (block 6), for example, parametric stabilizers (see Sources of power supply of electronic equipment: Reference / Edited by G.S. Naivelt. - M .: Radio and communication, 1986). Subtraction schemes (blocks 7 and 8, 29 ... 34), proportional links (blocks 9, 10 and 11, 12), integrators (blocks 13, 14), adders (blocks 15 and 16) are typical elementary links known from theory automatic regulation (see. Theory of automatic control. Part 1. The theory of linear systems of automatic control. Edited by A.A. Voronov. Textbook for universities. - M.: Higher school, 1977). The inverse coordinate converter PC ^-1 (block 19) implements the transformation of two dq-coordinates of a coordinate system rotating with a constant frequency Ω into a three-phase symmetric with a constant frequency Ω abc-coordinate system known from electromechanics and the theory of an automated electric drive (Vazhnov A.I. Transients in alternating current machines. - L .: Energy, Leningrad. Department, 1980) and is a multiplier of analog signals (Timoneev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic apparatus re. - M .: Radio and communications. - 1982. - 112 p.). SIFU _i (block 20) is a standard pulse-phase control system that implements the vertical control principle (see BC Rudenko, V. I. Senko, I. M. Chizhenko. Fundamentals of converting technology. - M.: Higher school, 1980). The power circuit of a static frequency converter AC voltage source (block 21) can be a direct frequency converter or a series connection of a rectifier and an inverter or an inverter (see BCRudenko, V.I.Senko, I.M. Chizhenko. Fundamentals of converter technology. - M .: High School, 1980). The source of unstable voltage Uc (block 22) is an industrial network or a synchronous generator with a variable rotor speed or a battery. The power filter F (block 23), for example, a single-link LC filter in each output phase or a C filter in each output phase. Instantaneous phase current sensors (blocks 24 ... 26), for example, current transformers. Direct PC coordinate converters (blocks 27, 28) implement the conversion of three-phase quantities (currents and voltages) of their three-phase abc-coordinate system to the d- and q-components of the dq-coordinate system rotating at a constant frequency (known from electromechanics and the theory of an automated electric drive) (Vazhnov A.I. Transients in alternating current machines.- L .: Energy, Leningrad., 1980) and are multipliers of analog signals (Timoneev V.P., Velichko L.M., Tkachenko V.A. multipliers of signals in electronic ap Parature. - M.: Radio and Communications. - 1982. - 112 p.).

Способ осуществляется следующим образом. Формируются (блоки 5 и 6) первый

и второй

эталонные сигналы, представляющие собой постоянные напряжения, для d-составляющей и q-составляющей выходного напряжения, которые поступают на первые, уменьшаемые входы соответствующих схем вычитания (блоки 7 и 8). Преобразователи координат ПК (блоки 27 и 28) преобразуют трехфазные системы измеренных синусоидальных величин, соответственно выходных напряжений и токов (блоки 24…26) источников, во вращающуюся с постоянной частотой Ω систему двух d- и q-координат, соответственно, напряжений (

- первый параметр стабилизируемого напряжения,

- второй параметр стабилизируемого напряжения) и токов (

- первый параметр токов,

- второй параметр токов), которые представляют собой сигналы постоянного тока. D- и q-составляющие выходного напряжения поступают через пропорциональные звенья (блоки 9 и 10) на вторые уменьшаемые входы схем вычитания (блоки 7 и 8). D- и q-составляющие токов источников поступают на входы схем вычитания своих источников с положительным знаком и на входы схем вычитания других источников с отрицательным знаком (блоки 29…34). Схемы вычитания (блоки 29…34) формируют первое (разность d-составляющих токов -

и второе (разность q-составляющих токов -

разностные напряжения, которые через пропорциональные звенья (блоки 11 и 12) поступают на третьи, вычитаемые входы схем вычитания (блоки 7 и 8). Схемы вычитания (блоки 7 и 8) формируют разность соответствующих эталонных сигналов и соответствующих суммарных сигналов. Так как все сигналы, поступающие на сумматоры, - напряжения постоянного тока, то и формируемые сумматорами напряжения также являются напряжениями постоянного тока. Эти напряжения поступают на интеграторы (блоки 13 и 14), которые формируют первый (блок 13) и второй (блок 14) сигналы сравнения путем интегрирования разности соответствующих эталонных и суммарных сигналов. Выходные напряжения интеграторов поступают на первые входы сумматоров (блоки 15 и 16). На вторые входы сумматоров (блоки 15 и 16) поступают сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим токов источников. Выходные сигналы сумматоров (блоки 15 и 16) поступают на обратный преобразователь координат ПК^-1 (блок 19), который формирует трехфазную систему модулирующих напряжений, амплитуда и фаза которых определяется входными сигналами ПК^-1 (блок 19), то есть результатами суммирования. В системе импульсно-фазового регулирования (блок 20) модулирующие напряжения преобразуются в последовательность модулированных импульсов, обеспечивающих коммутацию силовых ключей схем статического источника переменного напряжения ПЧ (блок 21), преобразующего энергию источника нестабильного напряжения U_C (блок 22) в переменное напряжение стабильной частоты Ω с параметрами, определяемыми модулирующим напряжением СИФУi (блок 20). Силовой фильтр Ф (блок 23) в значительной мере исключает высокочастотные составляющие спектра выходного напряжения и тока источника, обеспечивая их синусоидальность.The method is as follows. Formed (blocks 5 and 6) first

and second

reference signals, which are constant voltages, for the d-component and q-component of the output voltage, which are fed to the first, diminished inputs of the corresponding subtraction circuits (blocks 7 and 8). PC coordinate converters (blocks 27 and 28) convert three-phase systems of measured sinusoidal values, respectively output voltages and currents (blocks 24 ... 26) of sources, into a system of two d- and q-coordinates, respectively, of voltages rotating at a constant frequency Ω (

- the first parameter of the stabilized voltage,

is the second parameter of the stabilized voltage) and currents (

is the first parameter of the currents,

is the second parameter of currents), which are DC signals. D- and q-components of the output voltage are supplied through the proportional links (blocks 9 and 10) to the second diminished inputs of the subtraction circuits (blocks 7 and 8). The D- and q-components of the source currents go to the inputs of the subtraction schemes of their sources with a positive sign and to the inputs of the subtraction schemes of other sources with a negative sign (blocks 29 ... 34). Subtraction schemes (blocks 29 ... 34) form the first (the difference of the d-component currents -

and second (the difference of q-component currents is

differential voltages, which through proportional links (blocks 11 and 12) are supplied to the third, subtracted inputs of the subtraction circuits (blocks 7 and 8). Subtraction schemes (blocks 7 and 8) form the difference of the corresponding reference signals and the corresponding total signals. Since all the signals supplied to the adders are direct current voltages, the voltages generated by the adders are also direct current voltages. These voltages are supplied to integrators (blocks 13 and 14), which form the first (block 13) and second (block 14) comparison signals by integrating the difference of the corresponding reference and total signals. The output voltages of the integrators are fed to the first inputs of the adders (blocks 15 and 16). The second inputs of the adders (blocks 15 and 16) receive signals proportional to the d- and q-components of the currents of the sources. The output signals of the adders (blocks 15 and 16) are fed to the inverse coordinate converter PC ^-1 (block 19), which forms a three-phase system of modulating voltages, the amplitude and phase of which is determined by the input signals PC ^-1 (block 19), i.e., the summation results. In a pulse-phase control system (block 20), the modulating voltages are converted into a sequence of modulated pulses providing switching power switches of the static variable frequency drive source of the inverter (block 21), which converts the energy of an unstable voltage source U _C (block 22) into an alternating voltage of a stable frequency Ω with parameters determined by the modulating voltage of SIFUi (block 20). The power filter F (block 23) largely eliminates the high-frequency components of the spectrum of the output voltage and current of the source, ensuring their sinusoidality.

Уменьшение отклонений напряжения на общей нагрузке и сокращение времени переходного процессы установления напряжения на общей нагрузке происходит за счет того, что при коммутации нагрузки скачкообразно изменяется ток каждого источника и соответственно d- и q-составляющие токов источников. Суммирование сигналов, пропорциональных d- и q-составляющим токов источников, с соответствующими сигналами сравнения позволяет скачкообразно изменять входные сигналы схемы обратного преобразования координат и, следовательно, за счет безынерционного обратного преобразования координат скачкообразно увеличивать или уменьшать амплитуду и фазу модулирующих напряжений. За счет этого происходит быстрая компенсация изменения падения напряжения на внутреннем сопротивлении источников при изменении тока источника. Поэтому изменение напряжения на общей нагрузке при ее коммутации значительно снижается, а длительность переходного процесса установления общего напряжения сокращается.The decrease in voltage deviations at the total load and the reduction in the transition time of the establishment of the voltage at the total load occurs due to the fact that when the load is switched, the current of each source and, accordingly, the d- and q-components of the source currents abruptly change. Summing the signals proportional to the d- and q-components of the source currents with the corresponding comparison signals allows you to step-wise change the input signals of the inverse coordinate transformation circuit and, therefore, due to the inertia-free inverse coordinate transformation, increase or decrease the amplitude and phase of the modulating voltages in steps. Due to this, there is a quick compensation for changes in the voltage drop on the internal resistance of the sources when the source current changes. Therefore, the change in voltage at the common load during its switching is significantly reduced, and the duration of the transition process of establishing the total voltage is reduced.

На фиг.2 и фиг.3 представлены результаты моделирования в среде PSIM параллельной работы трех трехфазных инверторов напряжения на общую нагрузку. Инверторы формируют напряжение на общей нагрузке с действующим значением 115 В, частотой 400 Гц. Мощность нагрузки 15 кВт (бортовая авиационная система генерирования). Коммутация тока нагрузки производилась от 10% до 160% от номинального фазного тока 43,5 А. Частота переключения транзисторов инверторов 20 кГц. На чертежах представлены мгновенные фазные напряжения на общей нагрузке U_н(А), U_н (В), U_н(С) (первый график), выходные напряжения схем вычитания (блоки 7 и 8) ΔU_d, ΔU_q и интеграторов (блоки 13 и 14) U_int(d), U_int(q) (второй график) одного из параллельно работающих источников, мгновенные значения фаз А токов источников I1(A), I2(A), I3(A) (график 3), модулирующие напряжения первого источника U_mod(A), U_mod(B), U_mod(C) (график 4) при опорном напряжении U_op, равном 10 вольт. На чертеже 2 изображены графики, характеризующие способ-прототип, а на чертеже 3 - графики, характеризующие предлагаемый способ. Сравнение аналогичных графиков для способа-прототипа и предлагаемого способа показывает, что в предлагаемом способе модулирующие напряжения изменяются практически скачкообразно, интеграторы d- и q-составляющих изменяют свои выходные напряжения в меньшей степени, чем в способе-прототипе, «провал» и «выброс» напряжения на общей нагрузке снижаются, и длительность переходного процесса при коммутации нагрузки уменьшается. Моделирование проводилось для наихудшего случая, когда коммутация нагрузки осуществлялась в максимуме мгновенного значения одного фазного напряжения. Поэтому единичный выброс, возникающий при сбросе тока нагрузки, обусловлен свободной составляющей переходного процесса, которая затухает менее чем за ¹/₄. часть периода выходной частоты. При этом выброс напряжения примерно в 2 раза ниже, чем в способе-прототипе. Коммутация нагрузки в любой другой момент времени приводит к искажению кривых напряжения на общей нагрузке и исключает выбросы и провалы напряжений.Figure 2 and figure 3 presents the simulation results in a PSIM environment for the parallel operation of three three-phase voltage inverters for a total load. Inverters generate voltage at a common load with an effective value of 115 V, frequency 400 Hz. Load power 15 kW (on-board aircraft generation system). Switching of the load current was carried out from 10% to 160% of the nominal phase current of 43.5 A. The switching frequency of the inverter transistors is 20 kHz. The drawings show the instantaneous phase voltages at the total load U _n (A), U _n (B), U _n (C) (first graph), output voltages of subtraction circuits (blocks 7 and 8) ΔU _d , ΔU _q and integrators (blocks 13 and 14) U _int (d), U _int (q) (second graph) of one of the parallel sources, instantaneous values of phases A of the currents of sources I1 (A), I2 (A), I3 (A) (graph 3), the modulating voltages of the first source U _mod (A), U _mod (B), U _mod (C) (graph 4) with a reference voltage U _{op of} 10 volts. Figure 2 shows graphs characterizing the prototype method, and figure 3 shows graphs characterizing the proposed method. A comparison of similar graphs for the prototype method and the proposed method shows that in the proposed method, the modulating voltages change almost stepwise, the integrators of the d and q components change their output voltages to a lesser extent than in the prototype method, “failure” and “surge” stresses on the total load are reduced, and the duration of the transient process when switching the load is reduced. The simulation was carried out for the worst case, when the switching load was carried out at the maximum instantaneous value of one phase voltage. Therefore, the emission unit arising during reset of the load current caused by the free part of the transition process, which attenuates less than _^1/4. part of the output frequency period. In this case, the voltage surge is approximately 2 times lower than in the prototype method. Switching the load at any other point in time leads to a distortion of the voltage curves at the total load and eliminates surges and voltage dips.

Таким образом, предложенный способ управления позволяет повысить динамические характеристики параллельно работающих источников за счет уменьшения величины изменения напряжения на общей нагрузке и сокращения длительности переходного процесса установления параметров общего напряжения при коммутации нагрузки.Thus, the proposed control method allows to increase the dynamic characteristics of parallel sources by reducing the magnitude of the voltage change at the total load and reducing the duration of the transition process of establishing the parameters of the total voltage during switching the load.

Claims (1)

Способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку, состоящий в том, что для каждого источника измеряют мгновенные значения выходного напряжения и тока, измеренные мгновенные значения напряжения и тока каждого источника преобразуют из трехфазной abc-системы координат во вращающуюся с постоянной частотой Ω двухфазную dq-систему координат, формируют сигналы сравнения для d-и q-составляющих, распределяющие ток нагрузки между параллельно работающими источниками и стабилизирующие параметры напряжения на общей нагрузке в установившемся режиме, формируют амплитуду и фазу модулирующего напряжения обратным преобразованием d- и q-составляющих из двухфазной dq-системы координат в трехфазную abc-систему координат, отличающийся тем, что для каждого источника формируют дополнительные сигналы, пропорциональные d- и q-составляющим токов источников, суммируют дополнительные сигналы с соответствующими d- и q-составляющими сигналов сравнения и указанное обратное преобразование осуществляют с использованием суммарных сигналов. A method of controlling static stabilized AC voltage sources operating in parallel for a common load, consisting in the fact that for each source the instantaneous values of the output voltage and current are measured, the measured instantaneous values of the voltage and current of each source are converted from a three-phase abc coordinate system into a rotating one with a constant frequency Ω two-phase dq-coordinate system, form comparison signals for d-and q-components, distributing the load current between parallel sources and stabilizing the voltage parameters at the total load in the steady state, form the amplitude and phase of the modulating voltage by inverting the d- and q-components from a two-phase dq-coordinate system to a three-phase abc-coordinate system, characterized in that additional signals are proportional to each source d- and q-components of the currents of the sources, add additional signals with the corresponding d- and q-components of the comparison signals and the specified inverse transformation is carried out using mmarnyh signals.

Images