СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD FOR OPERATION OF CONVERSION CIRCUIT AND DEVICE FOR REALISATION OF THIS METHOD

Изобретение относится к области силовой электроники. Оно исходит из способа эксплуатации преобразовательной схемы и устройства для осуществления способа в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы.
Уровень техники
Традиционные преобразовательные схемы включают в себя преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, которые известным образом соединены для коммутации, по меньшей мере, двух уровней коммутируемого напряжения. К каждому фазному выводу преобразовательного блока подключен LCL-фильтр. С преобразовательным блоком соединен далее емкостный аккумулятор энергии, который обычно образован одним или несколькими конденсаторами. Для эксплуатации преобразовательной схемы предусмотрено устройство, содержащее регулирующее устройство для формирования значения активной мощности гистерезиса, значения реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора потока, которое через управляющую схему для формирования управляющего сигнала по значению активной мощности гистерезиса, значению реактивной мощности гистерезиса и выбранному сектору потока соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями. Таким образом, посредством управляющего сигнала управляют силовыми полупроводниковыми выключателями.
Проблемой в описанной выше преобразовательной схеме является то, что LCL-фильтры могут вызвать длительное искажение, т.е. нежелательные гармоники, их выходных токов и выходных напряжений из-за своих резонансных колебаний, как это представлено на фиг.3 обычной временной характеристикой входных токов фильтров. В подключенной обычно к выходам фильтров электрической сети переменного напряжения или в случае подключенной к выходам фильтров электрической нагрузки такие искажения могут привести к повреждениям или даже разрушениям и, тем самым, крайне нежелательны.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание способа эксплуатации преобразовательной схемы, с помощью которого можно было бы активно демпфировать вызванные за счет подключенных к преобразовательной схеме LCL-фильтров искажения их выходных токов и выходных напряжений. Кроме того, задачей изобретения является создание устройства, с помощью которого способ можно было бы осуществить особенно простым образом. Эти задачи решаются посредством признаков п.п.1 и 9 формулы. В зависимых пунктах приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Преобразовательная схема содержит преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и подключенный к каждому фазному выводу преобразовательного блока LCL-фильтр. В предложенном способе силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством управляющего сигнала, сформированного из значения активной мощности гистерезиса, значения реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора потока. Согласно изобретению значение активной мощности гистерезиса формируется из разностного значения активной мощности посредством первого гистерезисного регулятора, а разностное значение активной мощности формируется из результата вычитания оцененного значения активной мощности и значения активной мощности демпфирования из эталонного значения активной мощности, причем значение активной мощности демпфирования формируется из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений на емкостях фильтров. Далее значение реактивной мощности гистерезиса формируется из разностного значения реактивной мощности посредством второго гистерезисного регулятора, а разностное значение реактивной мощности формируется из результата вычитания оцененного значения реактивной мощности и значения реактивной мощности демпфирования из эталонного значения реактивной мощности, причем значение реактивной мощности демпфирования формируется из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений на емкостях фильтров.
За счет значения активной мощности демпфирования и значения реактивной мощности демпфирования можно активно демпфировать искажения, т.е. нежелательные гармоники, выходных токов и выходных напряжений фильтров, так что эти искажения сильно уменьшаются и в лучшем случае в самой значительной степени подавляются. Другое преимущество способа в том, что для эффективного демпфирования нежелательных искажений к соответствующему фазному выводу не требуется подключать дискретного, занимающего много места, сложно реализуемого и, тем самым, дорогого демпфирующего резистора.
Устройство для осуществления способа содержит служащее для формирования значения активной мощности гистерезиса, значения реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора потока регулирующее устройство, которое через управляющую схему для формирования управляющего сигнала соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями. Согласно изобретению регулирующее устройство включает в себя первый вычислительный блок для формирования значения активной мощности гистерезиса, значения реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора потока, причем первый вычислительный блок содержит первый гистерезисный регулятор для формирования значения активной мощности гистерезиса по разностному значению активной мощности, второй гистерезисный регулятор для формирования значения реактивной мощности гистерезиса по разностному значению реактивной мощности и векторный распределитель для формирования выбранного сектора потока. Регулирующее устройство включает в себя также первый сумматор для формирования разностного значения активной мощности из вычитания оцененного значения активной мощности и значения активной мощности демпфирования из эталонного значения активной мощности и второй сумматор для формирования разностного значения реактивной мощности из вычитания оцененного значения реактивной мощности и значения реактивной мощности демпфирования из эталонного значения реактивной мощности. Кроме того, регулирующее устройство включает в себя второй вычислительный блок для формирования значения активной мощности демпфирования и значения реактивной мощности демпфирования, причем значение активной мощности демпфирования сформировано из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений на емкостях фильтров. Далее значение реактивной мощности демпфирования сформировано из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений на емкостях фильтров.
Устройство для осуществления способа может быть реализовано, тем самым, очень просто и недорого, поскольку схемные затраты могут быть крайне малы, а, кроме того, конструкция требует лишь небольшого числа элементов. Таким образом, с помощью этого устройства способ может быть осуществлен особенно просто.
Эти и другие задачи, преимущества и признаки настоящего изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления в сочетании с чертежами.
Краткое описание чертежей
На чертежах изображают:
- фиг.1 - вариант устройства для осуществления способа эксплуатации преобразовательной схемы;
- фиг.2 - вариант седьмого вычислительного блока;
- фиг.3 - обычную временную характеристику выходных токов фильтров;
- фиг.4 - временную характеристику выходных токов фильтров с активным демпфированием предложенным способом;
- фиг.5 - вариант второго вычислительного блока.
Ссылочные позиции на чертежах и их значение объединены в перечне. В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты, которые следует понимать как пример, не обладают ограничительным действием.
Подробное описание изобретения
fi
fg
f
fi
fg
f
f
На фиг.1 изображен вариант устройства для осуществления способа эксплуатации преобразовательной схемы. Преобразовательная схема содержит на фиг.1 преобразовательный блок 1 с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и подключенный к каждому его фазному выводу 2 LCL-фильтр 3. Каждый LCL-фильтр 3 содержит первую L и вторую L индуктивности, а также емкость C, причем индуктивность L соединена с соответствующим фазным выводом 2 преобразовательного блока 1, индуктивностью L и емкостью C. Емкости C отдельных LCL-фильтров 3 соединены между собой. На фиг.1 преобразовательный блок 1 изображен в качестве примера трехфазным. Следует сказать, что преобразовательный блок 1 может быть выполнен, в целом, в виде любого преобразовательного блока для коммутации ≥2 уровней коммутируемого напряжения (многоуровневая преобразовательная схема) по отношению к напряжению соединенного с преобразовательным блоком 1 емкостного аккумулятора 19 энергии, причем в этом случае емкостный аккумулятор 19 энергии образован произвольным числом емкостей, которые тогда подключены к соответственно выполненной частичной преобразовательной схеме.
P
Q
n
P
Q
n
P
diff
diff
d
ref
d
d
TCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,d
В предложенном способе силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством управляющего сигнала S, сформированного по значению d активной мощности гистерезиса, значению d реактивной мощности гистерезиса и выбранному сектору θ потока. Для формирования управляющего сигнала обычно служит таблица распределения, в которой соответствующие значениям d активной мощности гистерезиса, значениям d реактивной мощности гистерезиса и выбранным секторам θ потока управляющие сигналы S жестко распределены, или модулятор, основанный на импульсно-широтной модуляции. Согласно изобретению значение d активной мощности гистерезиса формируется из разностного значения P активной мощности посредством первого гистерезисного регулятора 16 (фиг.1). Кроме того, разностное значение P активной мощности формируется из результата вычитания оцененного значения Р активной мощности и значения P активной мощности демпфирования из эталонного значения P активной мощности, причем значение P активной мощности демпфирования формируется из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:
d
TCf,d
GCf,d
d
P=(u·u)/k.
ref
Q
diff
diff
d
ref
d
d
TCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,q
Эталонное значение P активной мощности устанавливается произвольно и представляет собой заданное значение активной мощности, которая должна быть на выходе LCL-фильтров 3. Значение d реактивной мощности гистерезиса формируется из разностного значения D реактивной мощности посредством второго гистерезисного регулятора 17, а разностное значение D реактивной мощности формируется из результата вычитания оцененного значения Q реактивной мощности и значения Q реактивной мощности демпфирования из эталонного значения Q реактивной мощности, причем значение Q реактивной мощности демпфирования формируется из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений U на емкостях фильтров, что поясняется следующим уравнением:
d
TCf,d
GCf,d
d
Q=-(u·u)/k.
ref
Эталонное значение Q реактивной мощности устанавливается произвольно и представляет собой заданное значение реактивной мощности, которая должна быть на выходе LCL-фильтров 3.
Следует сказать, что пространственно-векторное преобразование определено как
α
β
x=x+jx,
α
β
где х обозначает, в целом, комплексную величину, х - α-составляющую пространственно-векторного преобразования величины х, а х - β-составляющую пространственно-векторного преобразования величины х. Все уже упомянутые и еще упоминаемые ниже пространственно-векторные преобразования величин производятся по приведенной выше формуле.
d
d
fg1
fg2
fg3
За счет значения P активной мощности демпфирования и значения Q реактивной мощности демпфирования можно активно демпфировать искажения, т.е. нежелательные гармоники, выходных токов i, i, i и выходных напряжений фильтров, так что эти искажения сильно уменьшаются и в лучшем случае в самой значительной степени подавляются. Другое преимущество способа в том, что для эффективного демпфирования нежелательных искажений к соответствующему фазному выводу 2 не требуется подключать дискретного, занимающего много места, сложно реализуемого и, тем самым, дорогого демпфирующего резистора.
P
Q
n
P
Q
n
P
Q
n
P
diff
Q
diff
n
diff
d
ref
diff
d
ref
d
d
d
d
TCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,d
d
d
TCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,q
На фиг.1 предложенное устройство содержит регулирующее устройство 4 для формирования значения d активной мощности гистерезиса, значения d реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора θ потока, которое через управляющую схему 5 для формирования управляющего сигнала S соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями. Управляющая схема 5 включает в себя, например, таблицу распределения, в которой соответствующие значениям d активной мощности гистерезиса, значениям d реактивной мощности гистерезиса и выбранным секторам θ потока управляющие сигналы S жестко распределены, или модулятор, основанный на импульсно-широтной модуляции. Согласно изобретению регулирующее устройство 4 включает в себя первый вычислительный блок 6 для формирования значения d активной мощности гистерезиса, значения d реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора θ потока, причем вычислительный блок 6 содержит первый гистерезисный регулятор 16 для формирования значения d активной мощности гистерезиса из разностного значения P активной мощности, второй гистерезисный регулятор 17 для формирования значения d реактивной мощности гистерезиса из разностного значения Q реактивной мощности и векторный распределитель 18 для формирования выбранного сектора θ потока. Регулирующее устройство 4 включает в себя также первый сумматор 7 для формирования разностного значения P активной мощности из результата вычитания оцененного значения Р активной мощности и значения P активной мощности демпфирования из эталонного значения P активной мощности и второй сумматор 8 для формирования разностного значения Q реактивной мощности из результата вычитания оцененного значения Q реактивной мощности и значения Q реактивной мощности демпфирования из эталонного значения Q реактивной мощности. Кроме того, регулирующее устройство 4 включает в себя второй вычислительный блок 9 для формирования значения P активной мощности демпфирования и значения Q реактивной мощности демпфирования, причем значение P активной мощности демпфирования сформировано из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров, а значение Q реактивной мощности демпфирования сформировано из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров.
Устройство для осуществления способа может быть реализовано, тем самым, очень просто и недорого, поскольку схемные затраты могут быть крайне малы, а, кроме того, конструкция требует лишь небольшого числа элементов. Таким образом, с помощью этого устройства способ может быть осуществлен особенно просто.
Следует сказать, что преобразование Парка-Кларка, определяется, в целом как
d
q
jωt
x=(x+jx)e,
d
q
где х обозначает комплексную величину, x - d-составляющую преобразования Парка-Кларка величины х, a x - q-составляющую преобразования Парка-Кларка величины х. Предпочтительно при преобразовании Парка-Кларка преобразуются не только основная гармоника комплексной величины х, но и все встречающиеся высшие гармоники комплексной величины х.
TCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,q
Cf1
Cf2
Cf3
d
d
TCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,q
Cf1
Cf2
Cf3
Отфильтрованная фильтром нижних частот d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров, отфильтрованная по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров и отфильтрованная по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров q-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров формируются преимущественно по токам i, i, i на емкостях фильтров. На фиг.5 для лучшего пояснения формирования значения P активной мощности демпфирования и значения Q реактивной мощности демпфирования изображен вариант вычислительного блока 9, который представляет также формирование отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров, отфильтрованной по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров и отфильтрованной по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров q-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров по токам i, i, i на емкостях фильтров.
Cf,αβ
Cf1
Cf2
Cf3
Cf,αβ
CF,αβ
Cf,αβ
Cf,d
Cf,d
TCf,d
TCf,d
fg1
fg2
fg3
Cf,αβ
fg1
fg2
fg3
fg1
fg2
fg3
Cf,αβ
fg1
fg2
fg3
Cf,αβ
fg1
fg2
fg3
fg1
fg2
fg3
fg
f
На фиг.5 сначала посредством пространственно-векторного преобразования токов i на емкостях фильтров по подаваемым токам i, i, i на емкостях фильтров формируются его α- и β-составляющие. Затем α- и β-составляющие пространственно-векторного преобразования токов i на емкостях фильтров интегрируются, в результате чего формируются α- и β-составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений u на емкостях фильтров. Затем α- и β-составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений u на емкостях фильтров преобразуются посредством преобразования Парка-Кларка, причем дальше используется только возникающая в результате этого d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров. После этого d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров фильтруется фильтром нижних частот, в результате чего формируется упомянутая, отфильтрованная фильтром нижних частот d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров. Отфильтровывание фильтром нижних частот вызывает то, что отфильтрованная им d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров имеет лишь долю основной гармоники по отношению к выходным токам i, i, i фильтров, а все высшие гармоники отфильтрованы. Кроме того, за счет отфильтровывания α- и β-составляющих пространственно-векторного преобразования напряжений u на емкостях фильтров по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров посредством полосно-заграждающего фильтра формируются отфильтрованные по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров α- и β-составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений  на емкостях фильтров. Отфильтровывание предпочтительно вызывает то, что отфильтрованные по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров α- и β-составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений  на емкостях фильтров имеют предпочтительно только доли высших гармоник по отношению к выходным токам i, i, i фильтров, а доля основной гармоники отфильтрована. Доля основной гармоники по отношению к выходным токам i, i, i фильтров предпочтительно соответствует резонансной частоте в зависимости от индуктивности L и емкости C, рассчитываемой тогда по формуле
fg1
fg2
fg3
Cf,αβ
fg1
fg2
fg3
GCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,d
d
d
TCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,d
d
d
TCf,d
fg1
fg2
fg3
GCf,q
На фиг.5 отфильтрованные по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров α- и β-составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений  на емкостях фильтров преобразуются, в результате чего формируются упомянутая, отфильтрованная по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров и отфильтрованная по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров q-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров. Затем по уже подробно поясненным выше формулам значение P активной мощности демпфирования формируется из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров, а значение Q реактивной мощности демпфирования формируется из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u на емкостях фильтров.
fgα
fgβ
Lα
Lβ
Упомянутые выше оцененные значение Р активной мощности и значение Q реактивной мощности формируются соответственно из α-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i, фильтров, β-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров, α-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров и β-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров, что поясняется, в частности, следующими формулами:
Lα
fgβ
Lβ
fgα
Р=ω·(ψ·i-ψ·i),
Lα
fgα
Lβ
fgβ
Q=ω·(ψ·i+ψ·i).
Для формирования оцененных значения Р активной мощности и значения Q реактивной мощности регулирующее устройство 4 содержит на фиг.1 третий вычислительный блок 10, посредством которого по соответствующей, приведенной выше формуле вычисляются оцененные значение Р активной мощности и значение Q реактивной мощности.
Lα
Cfα
fgα
α-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров формируется из α-составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров и из α-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:
Lα
Cfα
fg
fgα
ψ=ψ-L· i.
Lβ
Cfβ
fgβ
β-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров формируется из β-составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров и из β-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:
Lβ
Cfβ
fg
fgβ
ψ=ψ-L· i.
Lα
Lβ
Lα
Lβ
Для формирования α-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров и β-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров регулирующее устройство 4 содержит на фиг.1 четвертый вычислительный блок 11, посредством которого по соответствующей, приведенной выше формуле вычисляются α-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров и β-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров.
fgα
fiα
fi1
fi2
fi3
Cfα
Cf1
Cf2
Cf3
fgβ
fiβ
fi1
fi2
fi3
CFβ
Cf1
Cf2
Cf3
fg1
fg2
fg3
fi1
fi2
fi3
Cf1
Cf2
Cf3
α-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров формируется путем суммирования из α-составляющей пространственно-векторного преобразования токов i на фазных выводах, которая формируется посредством пространственно-векторного преобразования измеренных на фиг.1 токов i, i, i на фазных выводах, и из α-составляющей пространственно-векторного преобразования токов i на емкостях фильтров, которая формируется посредством пространственно-векторного преобразования измеренных на фиг.1 токов i, i, i на емкостях фильтров. β-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров формируется путем суммирования из β-составляющей пространственно-векторного преобразования токов i на фазных выводах, которая формируется посредством пространственно-векторного преобразования измеренных на фиг.1 токов i, i, i на фазных выводах, и из β-составляющей пространственно-векторного преобразования токов i на емкостях фильтров, которая формируется посредством пространственно-векторного преобразования измеренных на фиг.1 токов i, i, i на емкостях фильтров. Измерение выходных токов i, i, i фильтров может, тем самым, предпочтительно отпасть, что упрощает устройство, поскольку не требуется никаких измерительных датчиков, в частности трансформаторов тока. Следует сказать, что пространственно-векторное преобразование измеренных токов i, i, i на фазных выводах и измеренных токов i, i, i на емкостях фильтров, а также других величин, подвергнутых пространственно-векторному преобразованию, осуществляется в соответствующем вычислительном блоке 9, 10, 13, 14 или может осуществляться отдельно в специально предназначенном для этого блоке пространственно-векторного преобразования.
Cfα
dc
fiα
Cα
dc
α-сосоставляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров формируется из текущего значения u постоянного напряжения соединенного с преобразовательным блоком 1 емкостного аккумулятора 19 энергии, управляющего сигнала S и α-составляющей пространственно-векторного преобразования токов i на фазных выводах, что поясняется, в частности, следующей формулой, причем u обозначает сформированную из текущего значения u постоянного напряжения и управляющего сигнала S α-составляющую напряжения на фазных выводах преобразовательного блока 1
Cfβ
dc
fiβ
Cβ
dc
Соответственно β-составляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров формируется из текущего значения u постоянного напряжения соединенного с преобразовательным блоком 1 емкостного аккумулятора 19 энергии, управляющего сигнала S и β-составляющей пространственно-векторного преобразования токов i на фазных выводах, причем u обозначает сформированную из текущего значения u постоянного напряжения и управляющего сигнала S β-составляющую напряжения на фазных выводах преобразовательного блока 1
Cfα
Cfβ
Cfα
Cfβ
Для формирования α-составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров и β-составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров регулирующее устройство 4 содержит на фиг.1 пятый вычислительный блок 12, посредством которого по соответствующей, приведенной выше формуле вычисляются α-составляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров и β-составляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров.
diff
comp
comp
Cf
f
ref
comp
Cf
Cfα
Cfβ
Cfα
Cfβ
Для формирования уже упомянутого разностного значения Q реактивной мощности дополнительно суммируется компенсационное значение Q реактивной мощности, причем компенсационное значение Q реактивной мощности формируется за счет отфильтровывания оцененного значения Q реактивной мощности емкостей фильтров посредством фильтра 15 нижних частот. Это предпочтительно предотвращает возникновение нежелательных долей реактивной мощности LCL-фильтров 3, в частности емкостей C LCL-фильтров 3, на выходе последних, так что можно гарантировать, что на выходе LCL-фильтров 3 установится только значение реактивной мощности в соответствии с установившимся эталонным значением Q реактивной мощности. На фиг.1 на сумматор 8 дополнительно подается компенсационное значение Q реактивной мощности. Оцененное значение Q реактивной мощности емкостей фильтров формируется из α-составляющей пространственно-векторного преобразования токов i на емкостях фильтров, β-составляющей пространственно-векторного преобразования токов i на емкостях фильтров, α-составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров и β-составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ψ в емкостях фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:
Cf
Cfα
Cfα
Cfβ
Cfβ
Q=ω·(ψ· i+ψ· i).
Cf
Cf
Для формирования оцененного значения Q реактивной мощности емкостей фильтров регулирующее устройство 4 содержит шестой вычислительный блок 13, посредством которого по приведенной выше формуле вычисляется оцененное значение Q реактивной мощности емкостей фильтров.
diff
h
fg1
fg2
fg3
diff
h
fg1
fg2
fg3
diff
h
diff
h
h
h
fgα
fgβ
Lα
fg1
fg2
fg3
h
h
h
diff
h
diff
Для формирования уже упомянутого разностного значения P активной мощности дополнительно суммируется, по меньшей мере, одно значение P активной мощности компенсации высших гармоник по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров. Для формирования уже упомянутого разностного значения Q реактивной мощности дополнительно суммируется, по меньшей мере, одно значение Q реактивной мощности компенсации высших гармоник по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров. На фиг.1 на сумматор 7 для формирования разностного значения P активной мощности дополнительно подается значение P активной мощности компенсации высших гармоник. Кроме того, на сумматор 7 для формирования разностного значения Q реактивной мощности дополнительно подается значение Q реактивной мощности компенсации высших гармоник. Значения P и Q формируются соответственно из α-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров, β-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров, α-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров, β-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков фильтров и угла ωt основной гармоники по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров. Угол ωt основной гармоники создается для вычислительных блоков 9, 10, 13, 14 и векторного распределителя 18 на фиг.1 контуром фазовой автоподстройки. На фиг.1 регулирующее устройство 4 содержит седьмой вычислительный блок 14 для формирования значения P активной мощности компенсации высших гармоник и значения Q реактивной мощности компенсации высших гармоник, причем на фиг.2 изображен вариант седьмого вычислительного блока 14. Суммирование, по меньшей мере, одного значения P активной мощности компенсации высших гармоник для формирования разностного значения P активной мощности и, по меньшей мере, одного значения Q реактивной мощности компенсации высших гармоник для формирования разностного значения Q реактивной мощности вызывает активное уменьшение высших гармоник.
fi1
fi2
fi3
fgα
fgβ
fgα
fgβ
hd
hq
fi1
fi2
fi3
На фиг.2 сначала посредством пространственно-векторного преобразования из подаваемых выходных токов i, i, i фильтров формируются α-составляющая выходных токов i фильтров и β-составляющая выходных токов i фильтров. Затем α-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров и β-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных токов i фильтров подвергаются преобразованию Парка-Кларка, отфильтровыванию фильтром нижних частот и выдаются в виде d- и q-составляющих преобразования Парка-Кларка, по меньшей мере, одной желаемой выбранной высшей гармоники выходных токов i, i фильтров по отношению к основной гармонике выходных токов i, i, i фильтров. Показатель h обозначает h-ую высшую гармонику этих и приведенных ниже величин, причем h=1, 2, 3,…
hd
hq
hd
hq
hα
hβ
h
h
hα
hβ
Lα
Lβ
На фиг.2 d- и q-составляющие преобразования Парка-Кларка желаемой выбранной h-ой высшей гармоники выходных токов i, i фильтров регулируются до соответствующего заданного эталонного значения i*, i*, преимущественно по пропорционально-интегральной характеристике, а затем подвергаются обратному преобразованию Парка-Кларка, в результате чего формируются α-составляющая пространственно-векторного преобразования h-ой высшей гармоники эталонных выходных токов i* фильтров и β-составляющая пространственно-векторного преобразования h-ой высшей гармоники эталонных выходных токов i* фильтров. Наконец, значения P и Q вычисляются соответственно из α-составляющей пространственно-векторного преобразования h-ой высшей гармоники эталонных выходных токов i* фильтров, β-составляющей пространственно-векторного преобразования h-ой высшей гармоники эталонных выходных токов i* фильтров, α-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров и β-составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ψ фильтров, что поясняется, в частности, следующими формулами:
h
Lα
hβ
Lβ
hα
P=ω·(ψ·i-ψ·i*)
h
Lα
hα
Lβ
hβ
Q=ω·(ψ· i*+ψ·i*)
fi1
fi2
fi3
fi1
fi2
fi3
На фиг.3 изображена обычная временная характеристика выходных токов i, i, i фильтров. Чтобы наглядно продемонстрировать принцип действия активного демпфирования описанным выше способом, на фиг.4 изображена временная характеристика выходных токов i, i, i фильтров, где активно демпфируются их нежелательные гармоники, так что эти искажения сильно уменьшаются.
Все этапы способа могут быть реализованы в виде программы, причем они тогда могут быть загружены, например, в компьютер, в частности, с цифровым сигнальным процессором, и протекать в нем. Возникающее в таком компьютере время цифровой задержки, в частности для расчетов, можно, в целом, учесть, например, за счет добавления дополнительного терма к частоте ωt основной гармоники при преобразовании Парка-Кларка. Кроме того, предложенное устройство может быть реализовано также компьютером, в частности, с цифровым сигнальным процессором.
В общем, удалось показать, что изображенное, в частности, на фиг.1 устройство может быть реализовано очень просто и недорого, поскольку схемные затраты крайне малы, а, кроме того, конструкция требует лишь небольшого числа элементов. Таким образом, с помощью этого устройства способ может быть осуществлен особенно просто.
Перечень ссылочных позиций
1 - преобразовательный блок
2 - фазный вывод преобразовательного блока
3 - LCL-фильтр
4 - регулирующее устройство
5 - управляющая схема
6 - первый вычислительный блок
7 - первый сумматор
8 - второй сумматор
9 - второй вычислительный блок
10 - третий вычислительный блок
11 - четвертый вычислительный блок
12 - пятый вычислительный блок
13 - шестой вычислительный блок
14 - седьмой вычислительный блок
15 - фильтр нижних частот
16 - первый гистерезисный регулятор
17 - второй гистерезисный регулятор
18 - векторный распределитель