RU2563027C1 - Method to control multi-phase rectifying unit - Google Patents
Method to control multi-phase rectifying unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563027C1 RU2563027C1 RU2014118705/07A RU2014118705A RU2563027C1 RU 2563027 C1 RU2563027 C1 RU 2563027C1 RU 2014118705/07 A RU2014118705/07 A RU 2014118705/07A RU 2014118705 A RU2014118705 A RU 2014118705A RU 2563027 C1 RU2563027 C1 RU 2563027C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- voltage
- converter
- transformer
- winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике преобразования электрической энергии переменного тока в энергию постоянного тока с помощью вентильных преобразователей с плавным регулированием выпрямленного напряжения.The invention relates to techniques for converting electrical energy of alternating current into direct current energy using valve converters with smooth regulation of the rectified voltage.
Известен способ тиристорного управления выпрямительными агрегатами (Бобков В.А., Бобков А.В. Реконструкция преобразовательных подстанций для питания электролизеров алюминия. // Силовая электроника. Тематическое приложение к журналу «Компоненты и технологии». - 2006. - №4. - с. 66-68). При применении этого способа регулирование выпрямленного напряжения агрегатов осуществляют изменением углов управления тиристоров выпрямительных блоков (фазовое управление).There is a method of thyristor control of rectifier units (Bobkov V.A., Bobkov A.V. Reconstruction of converter substations for supplying aluminum electrolysis cells. // Power Electronics. Thematic supplement to the journal "Components and Technologies". - 2006. - No. 4. - p. . 66-68). When applying this method, the regulation of the rectified voltage of the units is carried out by changing the control angles of the thyristors of the rectifier blocks (phase control).
Данный способ обеспечивает плавное регулирование выпрямленного напряжения агрегата, однако ему присущ ряд недостатков. Весьма серьезными недостатками являются сложность конструкции выпрямительного агрегата, большая установленная мощность управляемых полупроводниковых приборов (тиристоров), сложность системы управления. Это связано с тем, что все управляемые полупроводниковые приборы включены во вторичные сильноточные цепи выпрямительных агрегатов (со стороны вентильных обмоток преобразовательных трансформаторов). С возрастанием мощности агрегатов, с осуществлением глубоких вводов на подстанции повышенных напряжений указанные недостатки обостряются. Токи первичных цепей выпрямительных трансформаторов в десятки и сотни раз меньше токов во вторичных цепях, поэтому управление выпрямительными агрегатами более целесообразно осуществлять с первичной стороны трансформаторов. Кроме того, при использовании этого способа управления коэффициент мощности агрегатов снижается до недопустимых для мощных преобразователей величин (коэффициент мощности снижается пропорционально возрастанию глубины регулирования). Последнее является особенно серьезной проблемой, например, в условиях электролизного производства алюминия, поскольку в этом случае выпрямительные агрегаты большую часть времени работают в зарегулированном режиме (при пониженном напряжении) и открываются лишь на время анодного эффекта (вспышки) в ваннах.This method provides smooth control of the rectified voltage of the unit, however, it has a number of disadvantages. Very serious drawbacks are the complexity of the design of the rectifier unit, the large installed power of controlled semiconductor devices (thyristors), and the complexity of the control system. This is due to the fact that all controlled semiconductor devices are included in the secondary high-current circuits of rectifier units (from the side of the valve windings of the transformer transformers). With increasing power of the units, with the implementation of deep bushings at high voltage substations, these shortcomings are exacerbated. The currents of the primary circuits of rectifier transformers are tens and hundreds of times less than the currents in the secondary circuits, so it is more advisable to control the rectifier units from the primary side of the transformers. In addition, when using this control method, the power factor of the units is reduced to values that are unacceptable for powerful converters (the power factor decreases in proportion to the increase in the depth of regulation). The latter is a particularly serious problem, for example, in the conditions of aluminum electrolysis, since in this case rectifier units work most of the time in the regulated mode (under reduced voltage) and open only for the duration of the anode effect (flash) in the bathtubs.
Известен способ плавного управления многофазным диодным выпрямительным агрегатом с помощью дополнительно введенного трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, входные зажимы которого подключают к выводам постоянного тока дополнительно введенного трехфазного диодного выпрямительного моста, который входными зажимами подключают к трехфазной вентильной обмотке дополнительно введенного трансформатора, трехфазную сетевую обмотку которого подключают к питающей сети (патент 2402143. Российская Федерация. Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом. / Ю.И. Хохлов., Д.В. Гиззатуллин, А.Г. Осипов // Бюл. изобр. - 2009, №29). Данный способ управления, выбранный в качестве ближайшего аналога, при сохранении плавности регулирования обеспечивает существенное упрощение выпрямительного агрегата, повышение коэффициента мощности и улучшение его основных технических характеристик. Однако данный способ управления не позволяет осуществить рекуперацию электрической энергии из сети постоянного тока через автономный инвертор в питающую сеть и, кроме того, требует применения дополнительно введенного вспомогательного трансформатора.A known method for smoothly controlling a multiphase diode rectifier unit using an additionally introduced three-phase autonomous voltage inverter with pulse-width modulation, the input terminals of which are connected to the DC terminals of the additionally introduced three-phase diode rectifier bridge, which are connected by input terminals to the three-phase valve winding of an additional transformer, is a three-phase the network winding of which is connected to the mains (patent 2402143. Russian Federation I. The way to control a multiphase rectifier unit. / Yu.I. Khokhlov., D.V. Gizzatullin, A.G. Osipov // Bull. Inventory - 2009, No. 29). This control method, selected as the closest analogue, while maintaining smooth control provides a significant simplification of the rectifier unit, increasing the power factor and improving its main technical characteristics. However, this control method does not allow the recovery of electric energy from a direct current network through an autonomous inverter to the supply network and, in addition, requires the use of an additional auxiliary transformer.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении выпрямительного агрегата и его цепей управления, а также обеспечении возможности рекуперации электрической энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть при сохранении присущих ближайшему аналогу достоинств.The basis of the invention is a technical problem, which consists in simplifying the rectifier unit and its control circuits, as well as providing the possibility of recovering electric energy from a direct current circuit to the supply network while maintaining the inherent advantages of the closest analogue.
Данная задача решается применением способа управления многофазным выпрямительным агрегатом по крайней мере с одной парой шестифазных преобразовательных блоков, включенных по схеме двенадцатифазного преобразования, каждый из которых содержит сетевую обмотку, а также трехфазную вентильную обмотку с соответствующей схемой соединения преобразовательного трансформатора, к которой подключают диодный выпрямительный мост, выводами постоянного тока связанный с нагрузкой, состоящего в том, что для обеспечения требуемого режима работы потребителя постоянного тока плавно регулируют выпрямленное напряжение. Плавное регулирование выпрямленного напряжения осуществляют изменением выходного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, который зажимами переменного тока подключают ко входу низкочастотного фильтра (Г-образного), выходные зажимы которого подключают к первичной обмотке трехфазного согласующего трансформатора, который вторичными фазными обмотками подключают последовательно с сетевой обмоткой преобразовательного трансформатора. Согласно изобретению выводы постоянного тока трехфазного автономного инвертора напряжения подключают через звено постоянного тока к выводам постоянного тока дополнительного введенного преобразователя напряжения с широтно-импульсной модуляцией, зажимы переменного тока которого подключают к входу низкочастотного фильтра, который выходными зажимами подключают к дополнительной вторичной трехфазной обмотке преобразовательного трансформатора.This problem is solved by applying a method for controlling a multiphase rectifier unit with at least one pair of six-phase converter blocks included in a twelve-phase conversion circuit, each of which contains a network winding, as well as a three-phase valve winding with the corresponding connection circuit of the converter transformer, to which a diode rectifier bridge is connected , DC outputs connected with the load, consisting in the fact that to ensure the required operating mode The direct current voltage regulator smoothly regulates the rectified voltage. The rectified voltage is continuously controlled by changing the output voltage of a three-phase autonomous voltage inverter with pulse-width modulation, which is connected to the input of a low-pass filter (L-shaped) by the AC terminals, the output terminals of which are connected to the primary winding of the three-phase matching transformer, which is connected in series with the secondary phase windings with a network winding of a converter transformer. According to the invention, the DC terminals of a three-phase autonomous voltage inverter are connected via a DC link to the DC terminals of an additional input pulse-width modulated voltage converter, the AC terminals of which are connected to the input of a low-pass filter, which are connected by output terminals to an additional secondary three-phase winding of the converter transformer.
Изменение выходного напряжения автономного инвертора напряжения обеспечивают регулированием либо фазы, либо амплитуды, либо и той, и другой величины первой гармоники модулирующего напряжения.Changing the output voltage of a stand-alone voltage inverter provides regulation of either phase or amplitude, or both of the first magnitude of the first harmonic of the modulating voltage.
Вентильные обмотки преобразовательного трансформатора подключают к выводам переменного тока выпрямительных мостов либо непосредственно, либо посредством первичных обмоток реакторов компенсирующего устройства, вторичные обмотки которых включают по схеме, обеспечивающей фильтрацию в коммутирующие конденсаторы нечетно-кратных гармоник токов преобразовательных блоков.The converter windings of the converter transformer are connected to the alternating current terminals of the rectifier bridges either directly or through the primary windings of the reactors of the compensating device, the secondary windings of which are turned on according to a circuit that provides filtering in switching capacitors of odd-multiple harmonics of the currents of the converter blocks.
Выпрямительные мосты агрегата со стороны постоянного тока соединяют либо параллельно, либо последовательно.The rectifier bridges of the unit from the DC side are connected either in parallel or in series.
Принципиальные схемы вариантов выпрямителей, в которых реализован предлагаемый способ управления, представлены на фиг. 1-2. Они содержат шестифазные преобразовательные блоки 1 и 2 с вентильными обмотками 3 и 4 преобразовательного трансформатора 20, общую для них сетевую обмотку 19, а также преобразовательные мосты 6 и 7 соответственно. Схемами соединения обмоток 3 и 4 обеспечивается двенадцатифазный режим преобразования. Помимо сетевой 19 и вентильных обмоток 3 и 4 преобразовательный трансформатор содержит дополнительно введенную вторичную обмотку 5.Schematic diagrams of options for rectifiers in which the proposed control method is implemented are shown in FIG. 1-2. They contain six-
Компенсирующее устройство 8 (фиг. 2) содержит трехфазные реакторы 9 и 10, а также коммутирующую конденсаторную батарею 11. Дополнительно введенный преобразователь напряжения 13, подключенный через низкочастотный Г-образный LC-фильтр 12 к дополнительно введенной вторичной обмотке 5, обеспечивает обмен активной мощностью между звеном постоянного тока 14 и сетью переменного тока. Звено постоянного тока, содержащее конденсаторную батарею, обеспечивает питание автономного инвертора напряжения 16, подключенного через низкочастотный фильтр 17 к первичной обмотке согласующего трансформатора 18, вторичная трехфазная обмотка которого включена последовательно с сетевой обмоткой 19 преобразовательного трансформатора 20. Система управления 15 задает моменты коммутации силовых ключей преобразователей 13 и 16.Compensating device 8 (Fig. 2) contains three-
Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом реализуется следующим образом. После подключения выпрямительного агрегата к питающей сети на выходах преобразовательных блоков 1 и 2 с вентильными обмотками 3 и 4, сетевой обмоткой 19, а также выпрямительными мостами 6 и 7 создается постоянное напряжение. Это напряжение соответствует двенадцатифазному режиму преобразования в силу соединения вентильных обмоток 3 и 4 преобразовательного трансформатора 20 в звезду и треугольник. В то же время на выходе дополнительной вторичной обмотки 5 преобразовательного трансформатора 20 создается трехфазная система напряжений, обеспечивающая работу преобразователя напряжения 13. Преобразователь напряжения 13 через обмотку 5 обеспечивает обмен активной мощностью между звеном постоянного тока 14 и сетью переменного тока, благодаря чему на конденсаторной батарее звена постоянного тока 14 формируется постоянная составляющая напряжения, подаваемая на зажимы постоянного тока преобразователя 13 и автономного инвертора 16. В результате работы системы управления 15 на выводах переменного тока преобразователя напряжения 13 формируется трехфазная система ШИМ-последовательностей. Низкочастотный фильтр 12 служит для выделения из названных ШИМ-последовательностей первых гармоник напряжения, подаваемых на обмотку 5. Благодаря этому по обмотке 5 протекает трехфазная система токов, обеспечивающая передачу электроэнергии между сетью переменного тока и звеном постоянного тока 14. Кроме того, система управления 15 обеспечивает формирование на зажимах переменного тока автономного инвертора 16 трехфазных ШИМ-последовательностей напряжений управления. Благодаря аналогичной работе фильтра 17 на первичную обмотку согласующего трансформатора 18 подается трехфазная система первых гармоник напряжений управления. Указанные первые гармоники трансформируются во вторичную обмотку трансформатора 18. В виду последовательного соединения вторичной обмотки трансформатора 18 с сетевой обмоткой 19 преобразовательного трансформатора 20 напряжение питающей сети в каждой фазе суммируется с напряжением управления. Результирующие напряжения подаются на вход сетевой обмотки 19 преобразовательного трансформатора 20, что обеспечивает наведение в каждом стержне его магнитопровода соответствующих магнитных потоков. В силу того, что напряжения управления регулируются системой управления 15, появляется возможность управления трехфазной системой напряжений, подаваемой на сетевую обмотку преобразовательного трансформатора (амплитудами и фазами их первых гармоник), а следовательно, и выпрямленным напряжением всего преобразовательного агрегата. Кроме того, возможность управления начальными фазами первых гармоник системы напряжений управления позволяет производить компенсацию реактивной мощности путем опережающего сдвига процессов в выпрямительном агрегате по отношению к напряжению питающей сети.The method of controlling a multiphase rectifier unit is implemented as follows. After connecting the rectifier unit to the supply network, a constant voltage is created at the outputs of the
С целью повышения коэффициента мощности выпрямительного агрегата, повышения жесткости его внешней характеристики, обеспечения жесткого равномерного деления выпрямленного тока между шестифазными блоками 1 и 2 при их параллельной работе предлагаемый способ управления может быть реализован в агрегатах с компенсирующим устройством 8, состоящим из двух трехфазных реакторов 9, 10 и трехфазной коммутирующей батареи 11. Компенсирующее устройство включают со стороны вентильных обмоток 3, 4 преобразовательного трансформатора 20. Обтекаемые токами преобразовательных блоков первичные обмотки реакторов 9 и 10 компенсирующего устройства 8 трансформируют во вторичные обмотки характерные для шестифазных блоков первую, пятую, седьмую, одиннадцатую, тринадцатую и т.п. гармоники. По отношению к первой, одиннадцатой, тринадцатой и т.п. гармоникам вторичные обмотки реакторов образуют короткозамкнутую цепь (для указанных гармоник реакторы 9 и 10 работают в режиме трансформатора тока). Протекание этих гармоник по общей вторичной цепи реакторов 9 и 10 обеспечивает жесткое выравнивание выпрямленных токов преобразовательных блоков 1 и 2 при их параллельной работе (фиг. 2). По отношению к пятой, седьмой и т.п. гармоникам реакторы 9 и 10 работают в режиме трансформатора, работающего на емкостную нагрузку, создавая на конденсаторной батарее 11 напряжения соответствующих гармоник. Напряжениями на конденсаторной батарее 11 осуществляется опережающая искусственная коммутация вентилей выпрямительных мостов 6 и 7, что обеспечивает повышение коэффициента мощности выпрямительного агрегата и жесткости его внешней характеристики.In order to increase the power factor of the rectifier unit, to increase the rigidity of its external characteristics, to ensure hard uniform division of the rectified current between the six-
Способ может быть реализован как в выпрямительных агрегатах с последовательным по отношению к нагрузке соединением диодных выпрямительных мостов 6 и 7 (фиг. 1), так и в агрегатах с параллельным соединением выпрямительных мостов (фиг. 2).The method can be implemented both in rectifier units with a
Технико-экономический эффект от предлагаемого способа управления многофазным выпрямительным агрегатом состоит в упрощении выпрямительного агрегата за счет исключения из его конструкции дополнительного трансформатора, обеспечивающего питание автономного инвертора. Как и в рассматриваемом ближайшем аналоге, обеспечивается управление величиной выпрямленного напряжения преобразовательного агрегата с возможностью компенсации реактивной мощности за счет регулирования амплитуд и фаз первых гармоник напряжений управления, что обеспечивает повышение коэффициента мощности преобразовательного агрегата даже в его исполнении без компенсирующих устройств. Применение компенсирующего устройства с фильтрацией в коммутирующие конденсаторы нечетно-кратных гармоник токов преобразовательных блоков позволяет значительно повысить коэффициент мощности преобразовательного агрегата без существенной загрузки автономного инвертора реактивным током. При использовании такого компенсирующего устройства его установленная мощность примерно в шесть раз меньше той мощности, которая потребовалась бы при традиционном включении компенсирующего устройства на частоту питающей сети. В случае использования такого компенсирующего устройства в преобразовательном агрегате при параллельном соединении преобразовательных мостов относительно потребителя постоянного тока обеспечивается выравнивание токов преобразовательных блоков, благодаря чему появляется возможность исключить из конструкции агрегата специальные устройства, предназначенные для этой цели. Кроме того, использование искусственной опережающей коммутации вентилей преобразовательных мостов позволяет повысить жесткость внешней характеристики преобразовательного агрегата. Дополнительно введенный преобразователь напряжения с широтно-импульсной модуляцией открывает возможность рекуперации электрической энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть, что отличает данный способ управления от ближайшего аналога.The technical and economic effect of the proposed method for controlling a multiphase rectifier unit is to simplify the rectifier unit by eliminating from its design an additional transformer that provides power to the autonomous inverter. As in the closest analogue under consideration, the rectified voltage of the converter unit is controlled with the possibility of reactive power compensation by controlling the amplitudes and phases of the first harmonics of the control voltages, which provides an increase in the power factor of the converter unit even in its design without compensating devices. The use of a compensating device with filtering into the switching capacitors of odd-multiple harmonics of the currents of the converter units can significantly increase the power factor of the converter unit without significant loading of the autonomous inverter with reactive current. When using such a compensating device, its installed power is approximately six times less than the power that would be required if the compensating device were traditionally turned on at the frequency of the supply network. In the case of using such a compensating device in the converter unit with parallel connection of the converter bridges relative to the direct current consumer, the currents of the converter blocks are equalized, which makes it possible to exclude special devices designed for this purpose from the unit design. In addition, the use of artificial leading switching valves of the converter bridges can increase the rigidity of the external characteristics of the Converter unit. An additionally introduced voltage converter with pulse-width modulation makes it possible to recover electric energy from a direct current circuit to the supply network, which distinguishes this control method from the closest analogue.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118705/07A RU2563027C1 (en) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | Method to control multi-phase rectifying unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014118705/07A RU2563027C1 (en) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | Method to control multi-phase rectifying unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2563027C1 true RU2563027C1 (en) | 2015-09-20 |
Family
ID=54147646
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014118705/07A RU2563027C1 (en) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | Method to control multi-phase rectifying unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2563027C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001103766A (en) * | 1999-09-01 | 2001-04-13 | Robicon Corp | Moudlar multiphase adjustable power source with parallel-connected active input |
RU2189688C1 (en) * | 2001-06-14 | 2002-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Энергия и экология" | Multiphase controllable rectifier |
RU2402143C1 (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Control method of multiple-phase rectifier unit |
US20100328968A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-30 | Stmicroelectronics S.R.I. | Multi-phase resonant converter and method of controlling it |
RU2410830C1 (en) * | 2009-08-28 | 2011-01-27 | Юрий Иванович Хохлов | Method to control multiphase system of power supply to dc loads |
-
2014
- 2014-05-07 RU RU2014118705/07A patent/RU2563027C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001103766A (en) * | 1999-09-01 | 2001-04-13 | Robicon Corp | Moudlar multiphase adjustable power source with parallel-connected active input |
RU2189688C1 (en) * | 2001-06-14 | 2002-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Энергия и экология" | Multiphase controllable rectifier |
RU2402143C1 (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Control method of multiple-phase rectifier unit |
US20100328968A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-30 | Stmicroelectronics S.R.I. | Multi-phase resonant converter and method of controlling it |
RU2410830C1 (en) * | 2009-08-28 | 2011-01-27 | Юрий Иванович Хохлов | Method to control multiphase system of power supply to dc loads |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9692311B2 (en) | High-voltage direct current converter including a 12-pulse diode recitifier connected in series with a voltage-source converter | |
US7402983B2 (en) | Method for use of charge-transfer apparatus | |
US20140049998A1 (en) | DC to AC Power Converter | |
EP0617858A1 (en) | Conversion of three-phase line voltages | |
US10110140B1 (en) | True DC current source | |
Park et al. | Multi-level operation with two-level converters through a double-delta source connected transformer | |
RU2673250C1 (en) | Semiconductor rectifier | |
US9787211B1 (en) | Power converter for AC mains | |
RU2668416C1 (en) | Three-level frequency converter | |
RU2563027C1 (en) | Method to control multi-phase rectifying unit | |
RU2400917C1 (en) | Compensated system of power supply for electric energy consumers of various frequency | |
RU2367082C1 (en) | Voltage control method and three-phase rectifier | |
CH711566A2 (en) | Inverter for exchanging electrical energy between a DC system and an AC system. | |
RU2410830C1 (en) | Method to control multiphase system of power supply to dc loads | |
RU2402143C1 (en) | Control method of multiple-phase rectifier unit | |
RU2333589C1 (en) | Method of controlling multiphase rectifier | |
RU66619U1 (en) | THREE PHASE POWER CORRECTOR | |
RU2660131C1 (en) | Multilevel voltage rectifier | |
RU2534749C1 (en) | Reversible frequency converter | |
RU2551427C1 (en) | Method and device of stabilisation of three-phase alternating voltage | |
RU2316875C1 (en) | Device for compensating for deviations of voltage and reactive power of transformer substation | |
Sarkar et al. | Performance Improved Multi-Level OEIM Drive With Voltage Boost Through Unequal Levels | |
RU2626009C1 (en) | Offsetting electrical power supply system for the electric energy remote consumers | |
RU158492U1 (en) | CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE | |
Liu et al. | Distributed generation using indirect matrix converter in boost operating mode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170508 |