RU2674166C1 - Method of compensation of higher harmonics and improving the quality of consumed power energy - Google Patents

Method of compensation of higher harmonics and improving the quality of consumed power energy Download PDF

Info

Publication number
RU2674166C1
RU2674166C1 RU2018101856A RU2018101856A RU2674166C1 RU 2674166 C1 RU2674166 C1 RU 2674166C1 RU 2018101856 A RU2018101856 A RU 2018101856A RU 2018101856 A RU2018101856 A RU 2018101856A RU 2674166 C1 RU2674166 C1 RU 2674166C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
currents
voltage
harmonic
higher harmonics
Prior art date
Application number
RU2018101856A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Original Assignee
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Валерьевич Хачатуров filed Critical Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Application granted granted Critical
Publication of RU2674166C1 publication Critical patent/RU2674166C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: use in the field of electric power engineering and electrical engineering. According to the method, phase voltage signals Uc measured at the connection point of the active filter passed through a filter tuned to the first harmonic of the supply voltage, at the same time, based on the measured signals of the phase currents Ic of the network and the currents Iaf of the inverter of the active filter, generate signals for the load currents In, as well as signals of load currents In1 on the first harmonic of the supply voltage, which are filtered using a cascade of resonant filters and form signals of currents of higher harmonics. Implement the calculation of the error signals and the output of the voltage signals of the regulation Udq1...Udqn, Udc_control for each harmonica. Sum the voltage signals of the regulation, form the control signal voltage Udq_Control, on the basis of which form the PWM task signal by performing the calculation of the turn-on times of the power switches of the inverter. In this case, based on the signals of the phase voltage Uc, also determine the frequency of the mains, perform phase synchronization and at the stage of generating signals of higher harmonic currents, perform automatic tuning of the cascade of higher harmonics filters relative to the first harmonic of the network.
EFFECT: achievement of the minimum indicators of current distortion and rapid response to changes in the harmonic composition of the current.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, и может быть использовано для повышения качества электрической энергии в энергетических или автономных системах электроснабжения, в частности к способам подавления и компенсации высших гармоник в электрических сетях и коррекции коэффициента мощности. Способ может быть использован в системах электроснабжения промышленных предприятий с большим количеством нелинейной нагрузки, генерирующей высшие гармоники сети, для приведения в соответствие с требованиями нормативной документации величины коэффициента искажения синусоидальности и коэффициента n-й гармонической составляющей кривой тока.The invention relates to the electric power industry and electrical engineering, and can be used to improve the quality of electric energy in energy or autonomous power supply systems, in particular to methods of suppressing and compensating for higher harmonics in electric networks and correcting power factor. The method can be used in power supply systems of industrial enterprises with a large amount of non-linear load generating higher harmonics of the network to bring the values of the distortion coefficient of the sinusoidality and the coefficient of the nth harmonic component of the current curve in accordance with the requirements of the regulatory documentation.

Из патента Германии на изобретение № DE19738125(C2) от 25.01.2001, МПК G05F1/70; H02J3/18, патентообладатель - Сименс АГ, известен способ и устройство для компенсации возникновения искажений напряжения в линии электропередачи, на основе активного фильтра, содержащее импульсный преобразователь тока в виде инвертора и индуктивно-емкостную связь колебательного контура. Способ заключается в формировании импульсов управления силовыми ключами инвертора на основе определения пространственных векторов искаженного напряжения сети. From the German patent for invention No. DE19738125 (C2) dated 01.25.2001, IPC G05F1 / 70; H02J3 / 18, patent holder - Siemens AG, there is a method and apparatus for compensating for voltage distortion in a power line based on an active filter, comprising a pulsed current transformer in the form of an inverter and an inductive-capacitive coupling of the oscillatory circuit. The method consists in the formation of control pulses of the inverter power switches based on the determination of the spatial vectors of the distorted network voltage.

Недостатком способа является отсутствие фазовых преобразований и фазовой синхронизации измеренного тока и напряжения компенсируемой сети, что не позволяет осуществить компенсацию высших гармоник и коррекцию коэффициента мощности сети в условиях режима работы нелинейной нагрузки с динамичным изменением потребляемого искаженного тока. Инвертор согласно способу работает в режиме постоянной частоты широтно-импульсной модуляции (ШИМ).The disadvantage of this method is the lack of phase transformations and phase synchronization of the measured current and voltage of the compensated network, which does not allow the compensation of higher harmonics and the correction of the power factor of the network under the conditions of the non-linear load with a dynamic change in the consumed distorted current. The inverter according to the method operates in a constant frequency pulse width modulation (PWM) mode.

Из патента РФ на изобретение № 2413350 от 27.02.2011, МПК H02J3/18, патентообладателем которого является «Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова», известен способ, который заключается в формировании импульсов управления силовыми ключами инвертора с использованием фазовой синхронизации напряжения и тока сети, обработке сигналов от датчиков напряжения фазовым преобразователем до фазовой синхронизации напряжения и тока, при этом выходные сигналы от датчика тока сети поступают на вход первого дополнительного фазового преобразователя, выходные сигналы которого вместе с выходными сигналами блока фазовой синхронизации поступают на вход второго дополнительного фазового преобразователя, выходные сигналы от которого вместе с выходным сигналом регулятора напряжения накопительного конденсатора и выходными сигналами блока фазовой синхронизации поступают на вход блока формирования напряжений, выходные сигналы от которого поступают на вход фазового преобразователя, выходные сигналы которого вместе с выходным сигналом регулятора напряжения накопительного конденсатора поступают на вход блока релейных регуляторов. В описанном способе, релейные регуляторы работают по принципу изменения ширины и частоты гистерезиса.From the RF patent for the invention No. 2413350 of February 27, 2011, IPC H02J3 / 18, the patent holder of which is the St. Petersburg State Mining Institute named after G.V. Plekhanov ", a method is known that consists in generating control pulses of the inverter power switches using phase synchronization of the voltage and current of the network, processing signals from voltage sensors by a phase converter to phase synchronization of voltage and current, while the output signals from the current sensor of the network are fed to the input of the first additional phase converter, the output signals of which, together with the output signals of the phase synchronization unit, are fed to the input of the second additional phase a converter, the output signals from which together with the output signal of the storage capacitor voltage regulator and the output signals of the phase synchronization unit are input to the voltage generation unit, the output signals from which are fed to the input of the phase converter, the output signals of which together with the output signal of the storage capacitor voltage regulator are input block relay controllers. In the described method, relay controllers operate on the principle of changing the width and frequency of the hysteresis.

К недостаткам данного способа можно отнести то, что для релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезис, характерными являются ограничения частоты переключения и смещение точки переключений системы из расчетных положений, отходя от прогнозируемых оптимальных значений. Что требует введения дополнительных блоков вычисления с целью устранения данных отклонений.The disadvantages of this method include the fact that for relay controllers with a variable hysteresis width, characteristic are the restrictions on the switching frequency and the shift of the switching points of the system from the calculated positions, departing from the predicted optimal values. Which requires the introduction of additional calculation blocks in order to eliminate these deviations.

Также из уровня техники известен способ повышения качества энергии с помощью активного фильтра, патент № EP2556575B1 от 18.03.2015, МПК H02J3/01 патентообладателем которого является компания Данфосс. Согласно указанному изобретению, раскрыт способ компенсации высших гармоник и повышения качества потребляемой электроэнергии, состоящий в том, что определяют первую и высшие гармоники питающей сети, выполняют расчет сигналов напряжений регулирования, формируют импульсы управления силовыми ключами инвертора активного фильтра с применением широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Сущность изобретения заключается в работе активного фильтра, состоящего из инвертора, включающего в себя ряд управляемых переключателей, указанный инвертор соединен с LCL-фильтром, являющимся частью указанного активного фильтра, а также в генерировании сигналов ШИМ для каждого из указанных управляемых переключателей, в соответствии с определенными высшими гармониками токов, которые должны подавляться в электросети, при этом частота модуляции, по крайней мере, одного сигнала управления ШИМ, изменяется непрерывно, согласно значению, по меньшей мере, одного измеренного электрического параметра. В соответствии с рассматриваемым способом, подлежат измерению ток, протекающий через LCL-фильтр, ток на выходе активного фильтра и ток сети электропитания, полученные в результате измерений данные, используются для управления инвертором ШИМ активного фильтра. Согласно рассматриваемому способу достигаются минимальные потери энергии за счет подавления саморезонанса LCL-фильтра без использования гасящего сопротивления и путем применения переменной частоты переключения в ШИМ инверторе, который функционально подключается к LCL-фильтру. Also known from the prior art is патент EP2556575B1 dated 03/18/2015, IPC H02J3 / 01 of which Danfoss is the patent holder. According to the invention, a method for compensating for higher harmonics and improving the quality of consumed electricity is disclosed, which consists in determining the first and highest harmonics of the supply network, calculating the regulation voltage signals, generating control pulses of the power keys of the inverter of the active filter using pulse-width modulation (PWM) ) The essence of the invention lies in the operation of an active filter, consisting of an inverter, including a number of controlled switches, the specified inverter is connected to an LCL filter, which is part of the specified active filter, and also in the generation of PWM signals for each of these controlled switches, in accordance with certain higher harmonics of currents that must be suppressed in the mains, while the modulation frequency of at least one PWM control signal changes continuously, according to the value, in m nshey least one measured electrical parameter. In accordance with the method under consideration, the current flowing through the LCL filter, the current at the output of the active filter and the current of the power supply network, the data obtained from the measurements, are used to control the PWM inverter of the active filter. According to the method under consideration, minimal energy losses are achieved by suppressing the self-resonance of the LCL filter without the use of a quenching resistance and by applying a variable switching frequency in a PWM inverter, which is functionally connected to the LCL filter.

К недостаткам описанного способа можно отнести использование дополнительных измерителей тока, а также использование переменной частоты переключения силовых ключей инвертора, что может приводить к отклонениям по воздействию из-за ограничения частоты переключения.The disadvantages of the described method include the use of additional current meters, as well as the use of a variable switching frequency of the inverter power switches, which can lead to deviations in effect due to the limitation of the switching frequency.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является улучшение качества потребляемой электроэнергии, снижение искажений синусоидальной формы кривых тока и напряжения сети при наличии нелинейной нагрузки электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей напряжением 0,4 кВ, частотой 50/60 Гц. The technical problem to be solved by the claimed invention is aimed at improving the quality of energy consumed, reducing the distortion of the sinusoidal shape of the current and network voltage curves in the presence of a non-linear load of electrical installations of industrial enterprises and distribution networks with a voltage of 0.4 kV, frequency 50/60 Hz.

Технический результат, достигнутый от реализации заявленного изобретения, заключается в достижении минимальных показателей искажения тока, оперативном реагировании на изменения гармонического состава тока, обеспечении наиболее эффективного помехоподавления в необходимом диапазоне частот, увеличении скорости и точности процесса расчета определения мгновенных значений канонических гармоник входного тока.The technical result achieved from the implementation of the claimed invention is to achieve minimum current distortion, prompt response to changes in the harmonic composition of the current, providing the most effective noise suppression in the required frequency range, increasing the speed and accuracy of the calculation process for determining the instantaneous values of the canonical harmonics of the input current.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что измеренные в точке подключения активного фильтра и преобразованные в двухкоординатную систему α/β, сигналы фазного напряжения Uc пропускают через фильтр, настроенный на первую гармонику напряжения питающей сети, в тоже время, исходя из измеренных и преобразованных в двухкоординатную систему α/β сигналов фазных токов Ic сети и токов Iaf инвертора активного фильтра, формируют сигналы токов нагрузки Iн, а также сигналы токов нагрузки Iн1 по первой гармонике напряжения питающей сети, которые фильтруют с применением каскада резонансных фильтров и формируют сигналы токов высших гармоник. Основываясь на полученных и преобразованных во вращающуюся систему координат d/q сигналах токов первой и высших гармоник, реализуют расчет сигналов ошибки и вывод сигналов напряжений регулирования Udq1…Udqn, Udc_control, по каждой гармонике. Суммируют сигналы напряжений регулирования, формируют управляющий сигнал напряжения Udq_Control исходя из которого формируют сигнал задания ШИМ путем выполнения расчета времен включения силовых ключей инвертора. При этом, исходя из сигналов фазного напряжения Uc, также определяют частоты питающей сети, выполняют фазовую синхронизацию и на этапе формирования сигналов токов высших гармоник, выполняют автоматическую настройку каскада фильтров высших гармоник относительно первой гармоники сети. Формирование сигналов токов высших гармоник выполняют цикличным способом, при этом вычисления на k-итерации выполняют с учетом суммы вычисленных гармоник на (k-1) итерации.The essence of the claimed invention lies in the fact that the phase voltage signals U measured at the connection point of the active filter and converted into a two-coordinate system α / βc pass through a filter tuned to the first harmonic of the supply voltage, at the same time, based on the phase currents Ic of the network and currents Iaf of the inverter of the active filter, measured and converted to the α / β two-coordinate system, they form the signals of the load currents In, as well as the signals of the load currents In1 according to the first harmonic of the supply voltage, which is filtered using a cascade of resonant filters and generates signals of currents of higher harmonics. Based on the signals of the first and higher harmonics currents received and converted into a d / q coordinate system, the calculation of error signals and the output of control voltage signals Udq1 ... Udqn, Udc_control, for each harmonic. The signals of the control voltages are summarized, the voltage control signal Udq_Control is generated based on which the PWM reference signal is generated by calculating the times of switching on the inverter power switches. Moreover, based on the phase voltage signals Ucalso determine the frequency of the supply network, perform phase synchronization, and at the stage of generating signals of currents of higher harmonics, perform automatic tuning of the cascade of filters of higher harmonics relative to the first harmonic of the network. The generation of signals of currents of higher harmonics is performed in a cyclic manner, while the calculations at the k-iteration are performed taking into account the sum of the calculated harmonics at the (k-1) iteration.

Сущность заявляемого изобретения поясняется, но не ограничивается следующими изображениями:The essence of the invention is illustrated, but not limited to the following images:

фиг. 1 – Структурная схема устройства компенсации высших гармоник;FIG. 1 - Block diagram of the device for the compensation of higher harmonics;

фиг. 2 – Структурная схема обработки сигналов в системе управления;FIG. 2 - Block diagram of signal processing in the control system;

фіг.3 – Осциллограмма формы тока сети от роботы нагрузки без реализации способа компенсации высших гармоник;Figure 3 - Oscillogram of the network current form from load robots without implementing a method for compensating higher harmonics;

фіг.4 – Спектральный состав тока сети от работы нагрузки без реализации способа компенсации высших гармоник;fig.4 - The spectral composition of the network current from the work load without implementing the method of compensation of higher harmonics;

фіг.5 – Осциллограмма формы тока сети от работы нагрузки при реализации способа компенсации высших гармоник;fig.5 - Oscillogram of the network current form from the work of the load when implementing the method of compensation of higher harmonics;

фіг.6 – Спектральный состав тока сети от роботы нагрузки, при реализации способа компенсации высших гармоник.fig.6 - The spectral composition of the network current from the load robot, when implementing the method of compensating for higher harmonics.

Исходя из вышеизложенного следует отметить, что заявляемый способ предусматривает различные варианты и альтернативные формы реализации. Конкретный вариант осуществления показан посредством схем на чертежах и в описании изобретения. Однако, изобретение не ограничивается конкретной раскрытой формой и может охватывать все возможные варианты исполнения, эквиваленты и альтернативы, в рамках существенных признаков раскрытых в формуле изобретения.Based on the foregoing, it should be noted that the inventive method provides for various options and alternative forms of implementation. A specific embodiment is shown by means of the diagrams in the drawings and in the description of the invention. However, the invention is not limited to the particular form disclosed and may cover all possible embodiments, equivalents and alternatives, within the essential features disclosed in the claims.

Заявляемый способ может быть реализован на базе устройства, такого как активный фильтр, включенного в сеть питания параллельно нагрузке 1 (фиг.1), характеризующегося наличием инвертора 2, батареи накопительных элементов 3, выходного пассивного Т-образного сглаживающего фильтра 4, системы управления 5 и набора измерительных элементов: измерителя напряжения 6, датчика сетевого тока 7, датчика тока инвертора активного фильтра 8.The inventive method can be implemented on the basis of a device, such as an active filter, connected to the power supply parallel to the load 1 (Fig. 1), characterized by the presence of an inverter 2, a battery of storage elements 3, an output passive T-shaped smoothing filter 4, a control system 5 and a set of measuring elements: voltage meter 6, line current sensor 7, current sensor inverter active filter 8.

Способ компенсации высших гармоник и повышения качества потребляемой электроэнергии, заключается в алгоритме работы активного фильтра, реализованного в системе управления.A way to compensate for higher harmonics and improve the quality of energy consumed, is the algorithm of the active filter, implemented in the control system.

Условно можно выделить три функциональных блока алгоритма работы активного фильтра, включающих в себя ряд внутренних блоков, отображенных на структурной схеме обработки сигналов в системе управления.Conventionally, three functional blocks of the active filter operation algorithm can be distinguished, including a number of internal blocks displayed on the block diagram of signal processing in the control system.

Первый функциональный блок 9 (фиг.2) определения частоты питающей сети по сигналам напряжений включает в себя блок 10, выполненный в виде фильтра, настроенного на первую гармонику напряжения питающей сети; блок 11, предназначен для вычисления угла θ поворота вектора напряжения питающей сети относительно неподвижной системы координат α/β (осуществление фазовой синхронизации) и амплитудного значения напряжения питающей сети Um.The first functional unit 9 (FIG. 2) for determining the frequency of the supply network from voltage signals includes a unit 10 made in the form of a filter tuned to the first harmonic of the supply voltage; block 11, is designed to calculate the angle θ of rotation of the voltage vector of the supply network relative to the fixed coordinate system α / β (phase synchronization) and the amplitude value of the supply voltage Um.

Второй функциональный блок 12, резонансных фильтров токов нагрузки, настроенных на гармоники, которые вносят существенное влияние на искажение синусоидальности формы тока и напряжения включает в себя: блок 13, выполненный в виде фильтра, настроенного на первую гармонику частоты питающей сети и блок 14 представленный в виде фильтра, настроенного на первую гармонику частоты инвертора активного фильтра; блок суммирования «∑1» 15, формирует разностный сигнал по текущим значениям токов сети и активного фильтра (ток нагрузки Iн); блок суммирования «∑2» 16, формирует ток нагрузки Iн1 по первой гармонике напряжения питающей сети; блок 17, выполняет фильтрацию группы высших гармоник, которые вносят основной вклад в искажение формы тока и напряжения при работе нелинейной нагрузки; блок преобразования «α/β→d/q» 18, выполняет преобразование из двухкоординатной, неподвижной системы координат α/β во вращающуюся систему координат d/q (преобразование Парка).The second functional block 12, resonant filters of load currents tuned to harmonics, which make a significant impact on the distortion of the sinusoidal shape of the current and voltage, includes: block 13, made in the form of a filter tuned to the first harmonic of the frequency of the supply network and block 14 presented in the form a filter tuned to the first harmonic of the frequency of the inverter of the active filter; the summing unit "∑1" 15, generates a differential signal according to the current values of the currents of the network and the active filter (load current In); the summing unit "∑2" 16, generates a load current In1 according to the first harmonic of the supply voltage; block 17, performs filtering of the group of higher harmonics, which make the main contribution to the distortion of the shape of the current and voltage during non-linear load operation; the transformation unit "α / β → d / q" 18, performs the conversion from a two-coordinate, fixed coordinate system α / β into a rotating coordinate system d / q (Park transformation).

Третий функциональный блок 19, формирования управляющих импульсов в d/q системе координат для силовых ключей с применением ШИМ, включает в себя: блок 20, в котором реализован расчет задания для ПИ-регуляторов 21 (пропорционально-интегральных регуляторов), расчет сигналов ошибки и вывод сигналов напряжений регулирования Udq1…Udqn, Udc_control, по каждой гармонике; блок суммирования «∑4» 22, суммирует сигналы напряжений Udq1…Udqn регулирования по гармоникам и напряжения регулирования Udc_control на батарее накопительных элементов. На выходе формирует управляющий сигнал напряжения Udq_Control; блок 23 формирования задания ШИМ, выполняет расчет времен включения силовых ключей Ta,b,c, формирование сигналов, которые поступают на драйвер управления силовыми ключами инвертора.  The third functional block 19, the formation of control pulses in the d / q coordinate system for power switches using PWM, includes: block 20, which implements the calculation of the task for PI controllers 21 (proportional-integral controllers), calculation of error signals and output regulation voltage signals Udq1 ... Udqn, Udc_control, for each harmonic; summation unit "∑four»22, summarizes the signals of the harmonics voltage Udq1 ... Udqn and the regulation voltage Udc_control on the storage battery. The output generates a control voltage signal Udq_Control; the PWM job generating unit 23 calculates the switching times of the power switches Ta, b, c, generating signals that are sent to the inverter power switch control driver.

Описание алгоритма работы активного фильтра.Description of the active filter operation algorithm.

Измеренные в точке подключения 6 активного фильтра и преобразованные в двухкоординатную систему α/β, сигналы фазного напряжения Uc пропускают через фильтр 10, настроенный на первую гармонику напряжения питающей сети. После прохождения фильтра сигнал поступает на блок 11, где определяют частоты питающей сети, выполняют фазовую синхронизацию и на этапе формирования сигналов токов высших гармоник, выполняют автоматическую настройку каскада фильтров высших гармоник относительно первой гармоники сети.Measured at the connection point 6 of the active filter and converted into the α / β two-coordinate system, the phase voltage signals U c are passed through a filter 10 tuned to the first harmonic of the supply voltage. After passing through the filter, the signal enters block 11, where the frequencies of the supply network are determined, phase synchronization is performed, and at the stage of generating signals of the higher harmonics currents, the cascade of filters of higher harmonics is automatically tuned to the first harmonic of the network.

Одновременно, исходя из измеренных и преобразованных в двухкоординатную α/β систему сигналов фазных токов Ic сети и токов Iaf инвертора 2 активного фильтра, выделяют две ветви формирования сигналов. В первой из указанных ветвей, в блоке суммирования «∑1» 15, формируют разностный сигнал по текущим значениям токов сети и активного фильтра (ток нагрузки Iн), во второй ветви, в блоке суммирования «∑2» 16, формируют ток нагрузки Iн1 по первой гармонике напряжения питающей сети, то есть, после пропускания сигналов через фильтры блоков 10, 13, 14.At the same time, based on the phase current signals Ic of the network and the current Iaf of the inverter 2 of the active filter, measured and converted into a two-coordinate α / β system, two branches of signal formation are distinguished. In the first of these branches, in the summing unit “∑1” 15, a difference signal is generated according to the current values of the currents of the network and the active filter (load current In), in the second branch, in the summing unit “∑2” 16, the load current In1 is generated according to the first harmonic of the supply voltage, that is, after passing the signals through the filters of blocks 10, 13, 14.

Сформированные в блоках суммирования 15,16 сигналы токов нагрузки Iн, Iн1 поступают на вход блока 17, где формируют сигналы токов высших гармоник, которые вносят основной вклад в искажение формы тока и напряжения при работе нелинейной нагрузки. Сформированные в двухкоординатной системе координат α/β сигналы токов первой и высших гармоник I1…In, поступают в блок преобразования «α/β→d/q» 18, где выполняют преобразование из двухкоординатной неподвижной системы координат α/β во вращающуюся систему координат d/q (преобразование Парка).The signals of the load currents In, In, formed in the summation blocks 15.16 are fed to the input of block 17, where they form the signals of the higher harmonics currents, which make the main contribution to the distortion of the current shape and voltage during non-linear load operation. The signals of the first and higher harmonics currents I1 ... In formed in the two-coordinate coordinate system α / β are fed to the conversion unit “α / β → d / q” 18, where they are converted from the two-coordinate fixed coordinate system α / β into a rotating coordinate system d / q (Park transform).

Основываясь на полученных и преобразованных во вращающуюся систему координат d/q сигналах токов первой и высших гармоник Idq1…Idqn, в блоке 20 реализуют расчет сигналов ошибки для ПИ-регуляторов 21, который определяет величину недостающего сигнала напряжения для компенсации гармоник и вывод сигналов напряжения регулирования Udq1…Udqn по каждой гармонике.Based on the first and highest harmonics current signals Idq1 ... Idqn received and converted into a rotating d / q coordinate system, in block 20, error signals are calculated for PI controllers 21, which determines the value of the missing voltage signal to compensate for harmonics and outputs control voltage signals Udq1 ... Udqn for each harmonic.

В это же время сигнал напряжения на батарее накопительных элементов Udc подается на блок 24, выполненный в виде фильтра нижних частот для фильтрации сигнала напряжения батареи накопительных элементов 3. После фильтрации Udc, формируют сигнал Udc_sm, который подают на сумматор «∑3» 25, где формируют сигнал ошибки Udc_err по отношению к «заданию Udc», для ПИ-регулятора напряжения 26. На выходе ПИ-регулятора формируют сигнал напряжения регулирования Udc_control. At the same time, the voltage signal on the battery of storage elements Udc is supplied to block 24, made in the form of a low-pass filter for filtering the voltage signal of the battery of storage elements 3. After filtering Udc, a signal Udc_sm is generated, which is fed to the adder “∑3” 25, where generate an error signal Udc_err with respect to the “Udc reference”, for the PI voltage regulator 26. At the output of the PI controller, the regulation voltage Udc_control is generated.

Полученные в результате, выполненных действий значения сигналов напряжений регулирования по гармоникам и напряжения регулирования на батарее накопительных элементов, Udq1…Udqn, Udc_control, поступают на блок суммирования «∑4» 22, где выполняют суммирование сигналов напряжений регулирования, формируют управляющий сигнал напряжения Udq_Control исходя из которого в блоке 23, формируют сигнал задания ШИМ путем выполнения расчета времен включения силовых ключей инвертора. The resulting values of the signals of the regulating voltage for harmonics and the regulating voltage on the battery of storage elements, Udq1 ... Udqn, Udc_control, are received at the summing unit "∑4" 22, where the summing of the signals of the regulating voltages is performed, the voltage control signal Udq_Control is generated based on which in block 23, form the PWM reference signal by calculating the times of switching on the power switches of the inverter.

В основе системы управления 5 лежит алгоритм формирования сигналов токов высших гармоник, который реализован в блоке 17 и выполняется посредством использования каскада резонансных фильтров, которые настраивают на первую и высшие гармоники. Формирование сигналов токов высших гармоник выполняют цикличным способом, при этом вычисления на k-итерации выполняют с учетом суммы вычисленных гармоник на (k-1) итерации.The control system 5 is based on an algorithm for generating signals of currents of higher harmonics, which is implemented in block 17 and is performed by using a cascade of resonant filters that are tuned to the first and highest harmonics. The generation of signals of currents of higher harmonics is performed in a cyclic manner, while the calculations at the k-iteration are performed taking into account the sum of the calculated harmonics at the (k-1) iteration.

Где k-номер итерации (шаг цикла) (1,2..n).Where is the k-number of the iteration (step of the loop) (1,2..n).

Реализация описанного способа, обеспечивает достижение заявленного технического результата, позволяя минимизировать показатели искажения тока. Способствует оперативному реагировании на изменения состава гармоник тока, а также обеспечению наиболее эффективного помехоподавления в заданном диапазоне частот, с увеличенной скоростью и точностью процесса расчета.The implementation of the described method, ensures the achievement of the claimed technical result, allowing to minimize the current distortion. Promotes rapid response to changes in the composition of current harmonics, as well as ensuring the most effective noise suppression in a given frequency range, with increased speed and accuracy of the calculation process.

Аппаратная реализация заявляемого изобретения выполнена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств: СУ Триол серии АК06 с АФКУ. Как пример, на фиг. 3-6 приведены осциллограммы работы устройства с реализованным способом компенсации высших гармоник. На фиг. 3 и 4 отображены форма и спектральный состав тока сети от работы нагрузки 1 (фиг.1) с явными искажениями синусоиды тока и наличием 5, 7, 11, 13 высших гармоник. При включении параллельно нагрузке устройства с реализованным способом компенсации высших гармоник, форма кривой тока (фиг. 5), приобретает форму синусоиду, а спектральный состав тока сети (фиг. 6) свидетельствует о значительном снижении уровня высших гармоник.The hardware implementation of the claimed invention is performed using existing power electrical, electronic and microprocessor devices: SU Triol AK06 series with AFKU. As an example, in FIG. Figure 3-6 shows the oscillograms of the operation of the device with an implemented method of compensating for higher harmonics. In FIG. Figures 3 and 4 show the shape and spectral composition of the network current from the operation of load 1 (Fig. 1) with obvious distortions of the current sinusoid and the presence of 5, 7, 11, 13 higher harmonics. When a device with an implemented method of compensating for higher harmonics is turned on in parallel with the load, the shape of the current curve (Fig. 5) takes the form of a sinusoid, and the spectral composition of the network current (Fig. 6) indicates a significant decrease in the level of higher harmonics.

Claims (2)

1. Способ компенсации высших гармоник и повышения качества потребляемой электроэнергии, заключающийся в алгоритме работы устройства компенсации высших гармоник, состоящем в том, что определяют первую и высшие гармоники питающей сети, выполняют расчет сигналов напряжений регулирования, формируют импульсы управления силовыми ключами инвертора активного фильтра с применением широтно-импульсной модуляции (ШИМ), отличающийся тем, что измеренные в точке подключения активного фильтра и преобразованные в двухкоординатную систему α/β сигналы фазного напряжения Uc пропускают через фильтр, настроенный на первую гармонику напряжения питающей сети, в то же время исходя из измеренных и преобразованных в двухкоординатную систему α/β сигналов фазных токов Ic сети и токов Iaf инвертора активного фильтра, формируют сигналы токов нагрузки Iн, а также сигналы токов нагрузки Iн1 по первой гармонике напряжения питающей сети, которые фильтруют с применением каскада резонансных фильтров и формируют сигналы токов высших гармоник, основываясь на полученных и преобразованных во вращающуюся систему координат d/q сигналах токов первой и высших гармоник, реализуют расчет сигналов ошибки и вывод сигналов напряжений регулирования Udq1…Udqn, Udc_control, по каждой гармонике, суммируют сигналы напряжений регулирования, формируют управляющий сигнал напряжения Udq_Control, исходя из которого формируют сигнал задания ШИМ путем выполнения расчета времен включения силовых ключей, при этом исходя из сигналов фазного напряжения Uc, также определяют частоты питающей сети, выполняют фазовую синхронизацию и на этапе формирования сигналов токов высших гармоник выполняют автоматическую настройку каскада фильтров высших гармоник относительно первой гармоники сети.1. A method of compensating for higher harmonics and improving the quality of energy consumed, which consists in the algorithm of the device for compensating for higher harmonics, which consists in determining the first and highest harmonics of the supply network, calculating the signals of the control voltages, and generating control pulses for the power switches of the active filter inverter using pulse width modulation (PWM), characterized in that measured at the connection point of the active filter and converted into a two-coordinate system α / β signal phase U c voltage is passed through a filter tuned to the first harmonic of the mains voltage, at the same time based on the measured and converted into an XY system α / β signaling phase currents Ic network and currents of the active filter inverter Iaf, produce signals Ir load currents, and also the signals of the load currents In1 according to the first harmonic of the voltage of the supply network, which are filtered using a cascade of resonant filters and generate signals of the currents of higher harmonics, based on the received and converted into a rotating system the topic of coordinates d / q signals of the currents of the first and higher harmonics, implement the calculation of error signals and output signals of the regulation voltages Udq1 ... Udqn, Udc_control, for each harmonic, sum the signals of the regulation voltages, form the control voltage signal U dq_Control , based on which the PWM reference signal is generated by calculating the switching times of the power switches, and based on the phase voltage signals U c , the frequencies of the supply network are also determined, phase synchronization is performed, and at the stage of generating signals of currents of higher rmonics automatically adjust the cascade of higher harmonic filters relative to the first harmonic of the network. 2. Способ компенсации высших гармоник и повышения качества потребляемой электроэнергии по п.1, отличающийся тем, что формирование сигналов токов высших гармоник выполняют цикличным способом, при этом вычисления на k-итерации выполняют с учетом суммы вычисленных гармоник на (k-1) итерации.2. The method of compensating for higher harmonics and improving the quality of energy consumed according to claim 1, characterized in that the generation of signals of currents of higher harmonics is performed in a cyclic manner, while the calculations at the k-iteration are performed taking into account the sum of the calculated harmonics at the (k-1) iteration.
RU2018101856A 2017-05-18 2018-01-18 Method of compensation of higher harmonics and improving the quality of consumed power energy RU2674166C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2017014810 2017-05-18
UAA201714810 2017-05-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2674166C1 true RU2674166C1 (en) 2018-12-05

Family

ID=64603890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018101856A RU2674166C1 (en) 2017-05-18 2018-01-18 Method of compensation of higher harmonics and improving the quality of consumed power energy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2674166C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192770U1 (en) * 2019-04-09 2019-09-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" CONTROLLER OF PROTECTION AGAINST CIRCUIT BREAKERS WITH THE POSSIBILITY OF COMPENSATION OF HARMONICS AND CORRECTION OF RELAY PROTECTION SETTINGS
RU2742902C1 (en) * 2020-11-03 2021-02-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» Method for determining compensating device connection points
CN115133545A (en) * 2022-07-07 2022-09-30 中国舰船研究设计中心 Active power filter architecture and control method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726504A (en) * 1996-05-24 1998-03-10 Pecukonis; Joseph P. Apparatus and method for adaptively canceling harmonic currents in a power line
RU2413350C1 (en) * 2009-12-14 2011-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
EP2556575A2 (en) * 2010-04-06 2013-02-13 Danfoss Drives A/S Power quality improvement by active filter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726504A (en) * 1996-05-24 1998-03-10 Pecukonis; Joseph P. Apparatus and method for adaptively canceling harmonic currents in a power line
RU2413350C1 (en) * 2009-12-14 2011-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
EP2556575A2 (en) * 2010-04-06 2013-02-13 Danfoss Drives A/S Power quality improvement by active filter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192770U1 (en) * 2019-04-09 2019-09-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" CONTROLLER OF PROTECTION AGAINST CIRCUIT BREAKERS WITH THE POSSIBILITY OF COMPENSATION OF HARMONICS AND CORRECTION OF RELAY PROTECTION SETTINGS
RU2742902C1 (en) * 2020-11-03 2021-02-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» Method for determining compensating device connection points
CN115133545A (en) * 2022-07-07 2022-09-30 中国舰船研究设计中心 Active power filter architecture and control method
CN115133545B (en) * 2022-07-07 2024-05-07 中国舰船研究设计中心 Active power filter architecture and control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2674166C1 (en) Method of compensation of higher harmonics and improving the quality of consumed power energy
EP2487780B1 (en) Controller for a power converter and method of operating the same
CN115940680A (en) Three-phase converter and control method thereof
CN108123639A (en) A kind of pulse-width modulation method, variable duration impulse system and controller
US20150117074A1 (en) Auto-tuning current loop compensation for power factor correction controller
US10615680B2 (en) Control apparatus for power converter
JP2015198460A (en) Power conversion device
RU2446536C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
KR101970902B1 (en) Method for generating an alternating electric current
CN104836232A (en) Frequency wide-range self-adaptive repetition control method of active power filter
Chebabhi et al. A new balancing three level three dimensional space vector modulation strategy for three level neutral point clamped four leg inverter based shunt active power filter controlling by nonlinear back stepping controllers
CN104410074B (en) A kind of based on PI adaptive Active Power Filter-APF composite control method
RU2354025C1 (en) Method for high harmonics compensation and system power factor correction
US10749445B2 (en) Regulation of an output current of a converter
CN105450060B (en) Dead zone compensation method and device of inverter
RU176107U1 (en) HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
KR20200001300A (en) System for controlling grid-connected apparatus for distributed generation
RU2413350C1 (en) Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
RU2619919C1 (en) Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive
JP6837576B2 (en) Power converter
CN106786484B (en) Method and device for suppressing second harmonic current
RU2573599C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry
RU2512886C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU2741061C1 (en) Multi-level active filter control system
RU128031U1 (en) HARMONIC CURRENT COMPENSATION AND REACTIVE POWER DEVICE