СПОСОБ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF CONVERTER OPERATION AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области силовой электроники. Оно основано на способе работы преобразователя и устройстве для осуществления способа в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы.
Уровень техники
Традиционные преобразователи включают в себя множество управляемых силовых полупроводниковых выключателей, которые известным образом соединены для коммутации, по меньшей мере, двух уровней коммутируемого напряжения. Обычно такой преобразователь соединен с электрической сетью переменного напряжения, которая выполнена, в частности, трехфазной. Такие преобразователи часто используются в промышленных установках, причем они связаны с сетью электропитания, и, конечно, возможны другие области и возможности их применения.
Для работы преобразователя предусмотрено регулирующее устройство, которое содержит регулирующий блок для формирования регулирующего сигнала за счет регулирования Н-ой высшей гармоники сетевого тока до заданного значения сетевого тока и через управляющую схему для формирования управляющего сигнала из регулирующего сигнала соединена с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями, причем Н-ая высшая гармоника формируется преобразовательной схемой и составляет, как правило, Н=1, 2, 3,… Типичные значения Н составляют 5, 7, 11, 13. Управляющий сигнал управляет, таким образом, силовыми полупроводниковыми выключателями.
Описанный выше способ работы преобразователя позволяет отрегулировать посредством регулирующего устройства Н-ую высшую гармонику сетевых токов до заданного значения сетевого тока. Однако в электрической сети переменного напряжения помимо высших гармоник тока могут возникать также высшие гармоники в напряжении, которые, однако, невозможно отрегулировать и, тем самым, уменьшить известным, описанным выше способом.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание способа работы преобразователя, с помощью которого можно было бы уменьшить высшие гармоники в напряжении соединенной с преобразователем электрической сети переменного напряжения. Кроме того, задачей изобретения является создание устройства, с помощью которого особенно простым образом можно было бы осуществить способ.
Эти задачи решаются посредством признаков п.п.1 и 10 формулы. В зависимых пунктах приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Преобразователь содержит преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и соединен с трехфазной электрической сетью переменного напряжения. В предложенном способе управление управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями происходит посредством управляющего сигнала, сформированного из регулирующего сигнала, а регулирующий сигнал формируется за счет регулирования Н-ой высшей гармоники сетевых токов до заданного значения сетевого тока, причем Н=1, 2, 3,… Согласно изобретению, заданное значение сетевого тока формируется за счет регулирования Н-ой высшей гармоники в сетевом напряжении до заданного значения сетевого напряжения, причем разность регулирования между Н-ой высшей гармоникой сетевых напряжений и заданным значением сетевого напряжения оценивается по импедансу сети, выявленному в отношении Н-ой высшей гармоники. Таким образом, соответствующая Н-ая высшая гармоника сетевых напряжений непосредственно влияет на формирование заданного значения сетевого тока, так что Н-ая высшая гармоника в сетевых напряжениях может быть уменьшена до желаемой степени. Поскольку импеданс сети обычно изменяется с течением времени и это, в конце концов, соответствует изменению объекта регулирования, параметр участвующего в регулировании регулятора приходится каждый раз подстраивать к изменившемуся импедансу сети или заново устанавливать. В результате оценки разности регулирования за счет импеданса сети такая подстройка или новая установка параметров участвующего в регулировании регулятора и, тем самым, его новый расчет становятся предпочтительно излишними, поскольку импеданс сети непосредственно влияет на вход регулятора и, тем самым, на регулирование.
R
Предложенное устройство для осуществления способа работы преобразователя содержит служащее для формирования регулирующего сигнала S регулирующее устройство, которое через управляющую схему соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями для формирования управляющего сигнала, причем регулирующее устройство содержит первый регулирующий блок для формирования регулирующего сигнала за счет регулирования Н-ой высшей гармоники сетевых токов до заданного значения сетевого тока, при этом Н=1, 2, 3,… Согласно изобретению, регулирующее устройство содержит второй регулирующий блок для формирования заданного значения сетевого тока за счет регулирования Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений до заданного значения сетевого напряжения, причем разность регулирования между Н-ой высшей гармоникой сетевых напряжений и заданным значением сетевого напряжения оценена за счет импеданса сети, выявленного в отношении Н-ой высшей гармоники. Предложенное устройство для осуществления способа работы преобразователя может быть реализовано, следовательно, 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 согласно изобретению 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 показано:
фиг.1 - вариант устройства согласно изобретению для осуществления способа работы преобразователя согласно изобретению;
фиг.2 - вариант регулирующего устройства, согласно изобретению;
фиг.3 - временная характеристика абсолютного значения Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений.
Ссылочные позиции на чертежах и их значение указаны в перечне. В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты, которые следует понимать как пример, не имеют ограничительного действия.
Осуществление изобретения
R
A
R
NH
NHref
NHref
NH
NHref
NHdiff
NH
NHref
NH
NH
NHref
NHdiff
NH
NH
NH
На фиг.1 изображен вариант устройства согласно изобретению для осуществления способа работы преобразователя. Преобразователь содержит на фиг.1 преобразовательный блок 2 с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и соединен с трехфазной электрической сетью 1 переменного напряжения. Следует отметить, что преобразовательный блок 2 может быть выполнен, в общем, в виде любого преобразовательного блока 2 для коммутации ≥2 уровней коммутируемого напряжения (многоуровневый преобразователь). Управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством сформированного из регулирующего сигнала S управляющего сигнала S, а регулирующий сигнал S формируют путем регулирования Н-ой высшей гармоники сетевых токов i до заданного значения i сетевого тока, причем Н=1, 2, 3,... Согласно изобретению, заданное значение i сетевого тока формируется путем регулирования Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений u до заданного значения u сетевого напряжения, причем разность u регулирования между Н-ой высшей гармоникой сетевых напряжений u и заданным значением u сетевого напряжения оценивается по импедансу y сети, определенному в отношении Н-ой высшей гармоники. Таким образом, соответствующая Н-ая высшая гармоника сетевых напряжений u непосредственно влияет на формирование заданного значения i сетевого тока, так что в результате Н-ая высшая гармоника в сетевых напряжениях может быть уменьшена до желаемой степени. В результате оценки разности u регулирования за счет импеданса y сети подстройка или новая установка параметров регулятора, участвующего в регулировании, и, тем самым, новый расчет регулятора из-за изменяющегося обычно со временем импеданса y сети становятся предпочтительно излишними, поскольку импеданс y сети влияет непосредственно на вход регулятора и, тем самым, на регулирование.
NH
Временнáя характеристика абсолютного значения Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений u изображена на фиг.3, причем видно заметное уменьшение Н-ой высшей гармоники в зависимости от времени t.
NH
NHTo1
NH
NHTo1
NH
NH
NH
NH
NH
NH
Поскольку импеданс y сети обычно может изменяться с течением времени, в отношении Н-ой высшей гармоники проверяется преимущественно пороговое значение u абсолютного значения |Δu| изменения сетевого напряжения. При любом превышении порогового значения u импеданс y сети определяется заново. Для определения импеданса y сети устанавливаются, например, текущее изменение Δu сетевого напряжения в отношении Н-ой высшей гармоники и текущее изменение Δi сетевого тока в отношении Н-ой высшей гармоники, на их основе расчетным путем определяется импеданс y сети. Следует отметить, что существуют и другие возможности определения импеданса y сети, например измерение.
NH
Nd
Nq
Nd
Nq
Предпочтительно Н-ая высшая гармоника сетевых напряжений u формируется посредством преобразования Парка-Кларка сетевых напряжений u, u. u и u являются соответствующими составляющими преобразования Парка-Кларка сетевых напряжений.
Следует отметить, что преобразование Парка-Кларка определяется, в общем, как
d
q
где
обозначает, в общем, комплексную переменную, x - d-составляющая преобразования Парка-Кларка переменной
, a x - q-составляющая преобразования Парка-Кларка переменной
. Предпочтительно при преобразовании Парка-Кларка преобразуется не только основная гармоника комплексной переменной
, но и все возникающие высшие гармоники комплексной переменной
. Следовательно, Н-ая высшая гармоника также содержится и может быть удалена с помощью простого фильтрования.
Nd
Nq
Nα
Nβ
Na
Nb
Nc
В отношении предложенного способа преобразование Парка-Кларка сетевых напряжений u, u осуществляется на основе пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений u, u, т.е. сетевые напряжения u, u, u преобразуются посредством пространственно-векторного преобразования.
Следует отметить, что пространственно-векторное преобразование определено как
α
β
где
обозначает, в общем, комплексную переменную, x - α-составляющая пространственно-векторного преобразования переменной
, а x-составляющая пространственно-векторного преобразования переменной
.
NH
Nd
Nq
Nd
Nq
Nd
Nq
Nα
Nβ
Na
Nb
Nc
Предпочтительно Н-ая высшая гармоника сетевых токов i формируется посредством преобразования Парка-Кларка сетевых токов i, i. i и i являются соответствующими составляющими преобразования Парка-Кларка сетевых токов. Кроме того, преобразование Парка-Кларка сетевых токов i, i осуществляется на основе пространственно-векторного преобразования сетевых токов i, i, т.е. сетевые токи i, i, i преобразуются посредством пространственно-векторного преобразования.
NH
NHref
NH
NHref
Упомянутое выше регулирование Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений u до заданного значения u сетевого напряжения осуществляется предпочтительно в соответствии с пропорционально-интегральной характеристикой, поскольку указанная характеристика отличается простотой. Однако в качестве альтернативы возможно также регулирование Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений u до заданного значения u сетевого напряжения в соответствии с апериодической характеристикой посредством итерации. При регулировании по апериодической характеристике посредством итерации используется предпочтительно следующая формула:
NHref
NHref.old
NH
NHref
NH
i=i+(u-u)·y·k
NHref
NHref.old
где заданное значение i сетевого тока заново формируется на каждом шаге итерации, i обозначает заданное значение сетевого тока предшествующего шага итерации, а k - поправочный коэффициент, выбираемый предпочтительно порядка 0,1-1. Следует отметить, что возможна также любая другая регулировочная характеристика.
R
A
R
NH
NHref
NHref
NH
NHref
NHdiff
NH
NHref
NH
Как уже отмечалось, на фиг.1 изображен вариант устройства для осуществления способа работы преобразователя. На фиг.1 показано, что регулирующее устройство 4, используемое для формирования регулирующего сигнала S через управляющую схему 3 для формирования управляющего сигнала S, соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 2. На фиг.2 изображен вариант регулирующего устройства 4, причем оно содержит первый регулирующий блок 5 для формирования регулирующего сигнала S путем регулирования Н-ой высшей гармоники сетевых токов i до заданного значения i сетевого тока, при этом Н=1, 2, 3,… Согласно изобретению, регулирующее устройство 4 содержит второй регулирующий блок 6 для формирования заданного значения i сетевого тока путем регулирования Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений u до заранее установленного заданного значения u сетевого напряжения, причем разность u регулирования между Н-ой высшей гармоникой сетевых напряжений u и заданным значением u сетевого напряжения оценивается по импедансу y сети, определенному в отношении Н-ой высшей гармоники.
NH
NHref
Второй регулирующий блок 6 для регулирования Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений u до заданного значения u сетевого напряжения содержит согласно фиг.2 регулятор 11, который может быть выполнен, например, в виде пропорционально-интегрального регулятора с соответствующей (уже упомянутой) характеристикой или в виде апериодического регулятора с соответствующей (уже упомянутой) характеристикой. Следует отметить, что возможны также любые другие регуляторы с соответствующей характеристикой.
Nd
Nq
Nα
Nβ
NH
Nd
Nq.
На фиг.2 регулирующее устройство 4 дополнительно содержит первый вычислительный блок 7 для осуществления преобразования Парка-Кларка сетевых напряжений u, u на основе пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений u, u и для формирования Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений u на основе пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений u, u
Nα
Nβ
Nd
Nq
Nα
Nβ
NH
Nα
Nβ
Nα
Nβ
Кроме того, регулирующее устройство 4 согласно фиг.2 содержит второй вычислительный блок 8 для осуществления пространственно-векторного преобразования сетевых напряжений u, u. Кроме того, регулирующее устройство 4 содержит третий вычислительный блок 9 для осуществления преобразования Парка-Кларка сетевых токов i, i на основе пространственно-векторного преобразования сетевых токов i, i и для формирования Н-ой высшей гармоники сетевых токов i на основе преобразования Парка-Кларка сетевых токов i, i. Регулирующее устройство 4 содержит также четвертый вычислительный блок 10 для осуществления пространственно-векторного преобразования сетевых токов i, i.
NH
Подробно описанные выше способ и устройство для его осуществления вызывают уменьшение Н-ой высшей гармоники сетевых напряжений u. Понятно, что для уменьшения, например, нескольких высших гармоник сетевых напряжений способ осуществляется с соответствующими этапами для каждой из этих высших гармоник по отдельности. В отношении устройства для осуществления способа для уменьшения высших гармоник для каждой из этих высших гармоник требуется соответствующее, описанное выше устройство.
Все этапы способа согласно изобретению могут быть реализованы в виде программы, причем они тогда загружаются, например, в компьютер, в частности с цифровым сигнальным процессором, и могут быть выполнены в указанном компьютере. Предложенное устройство может быть реализовано также компьютером, в частности цифровым сигнальным процессором.
В общем, удалось показать, что изображенное, в частности, на фиг.1 и 2 устройство для осуществления способа работы преобразователя 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 - электрическая сеть переменного напряжения
2 - преобразовательный блок
3 - управляющая схема
4 - регулирующее устройство
5 - первый регулирующий блок
6 - второй регулирующий блок
7 - первый вычислительный блок
8 - второй вычислительный блок
9 - третий вычислительный блок
10 - четвертый вычислительный блок
11 - регулятор