АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР ВЫСШИХ ГАРМОНИК С ВОЗМОЖНОСТЬЮ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике и может быть использована в автономных трехфазных электроэнергетических сетях.
Известен компенсатор реактивной мощности (RU №2187873, МПК H02J 3/18, G05F 1/70, опубликовано 20.08.2002), содержащий трехфазный измерительный трансформатор напряжения, нагрузку, три однофазных измерительных трансформатора тока, при однофазных датчика напряжения, трехфазный мостовой выпрямитель, два однофазных инвертора с системами управления, три элемента сравнения, три идентичных блока регулирования, выходы которых включены в сеть между первичными обмотками соответствующих измерительных трансформаторов тока и нагрузкой, их силовые входы соединены с емкостным фильтром, установленным на выходе трехфазного мостового выпрямителя, входы которого подключены к точкам соединения первичных обмоток измерительных трансформаторов тока и выходов соответствующих блоков регулирования, их входы управления через первые элементы сравнения и усилители с регулируемым коэффициентом усиления подключены к соответствующим фазам вторичных обмоток трехфазного измерительного трансформатора напряжения, а входы задания коэффициента усиления усилителей с регулируемым коэффициентом усиления через соответствующие вторые элементы сравнения соединены с датчиками и задатчиками напряжения на нагрузке, другие входы первых элементов сравнения соединены со вторичными обмотками соответствующих однофазных измерительных трансформаторов тока, соединенных в звезду, вход настройки блока регулирования подключен к задатчику настройки компенсирующего напряжения, а первичные обмотки трехфазного измерительного трансформатора напряжения подключены ко входу сети, выход каждого блока регулирования представляет собой диагональ переменного тока однофазного выпрямителя, к диагонали постоянного тока которого подключены выходами плюсом к минусу параллельно два управляемых однофазных выпрямителя с системами управления, ко входам управляемых однофазных выпрямителей подключены соответствующие промежуточные конденсаторы с датчиками напряжения на них и выходы однофазных инверторов с системами управления, образуя таким образом по два плеча управления в каждом регуляторе, силовые входы однофазных инверторов, соединенные параллельно, представляют собой силовой вход блока регулирования, входы разрешения систем управления управляемым однофазным выпрямителем первого плеча и однофазным инвертором второго плеча соединены с прямым выходом тактирующего триггера, а входы разрешения систем управления управляемым однофазным выпрямителем второго плеча и однофазным инвертором первого плеча соединены соответственно с инверсным выходом тактирующего триггера, входы синхронизации систем управления однофазных инверторов и управляемых однофазных выпрямителей соединены с соответствующими датчиками напряжения на промежуточных конденсаторах, входы управления систем управления управляемыми однофазными выпрямителями подключены к выходу релейного двухпозиционного регулятора, имеющего гистерезис, к нему же через дифференцирующую цепочку присоединен счетный вход тактирующего триггера, вход релейного двухпозиционного регулятора представляет собой вход управления блока регулирования, входы управления систем управления однофазными инверторами соединены вместе и представляют собой вход настройки блока регулирования.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются: тактирующий триггер, однофазные инверторы и трехфазный измерительный трансформатор.
Недостатками данного устройства является низкий КПД, инерционность работы, а также некорректность формирования сигнала ошибки.
Известен также трехфазный активный электрический фильтр (RU №2121222, МПК H04B 3/54, H03H 7/01, опубликовано 27.10.1998), содержащий LC-фильтры, подключенные к фазам питающего напряжения, к питающей сети подсоединена система преобразования входной информации, содержащая адаптер, входы которого соединены с фазами питающей сети, а выход - с аналоговым входом однокристальной ЭВМ, работающей по программе, записанной в блоке памяти, подключенном к однокристальной ЭВМ, которая через буферные каскады соединена с входами устройств управления памятью блока многозвенной импульсной модуляции, к устройствам управления памятью подключены блоки памяти, выходы устройств управления памятью через буферные каскады соединены с импульсными усилителями мощности, которые нагружены на дополнительные обмотки дросселей LC-фильтров.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются: система преобразования входной информации, буферные каскады, LC-фильтры.
Недостаток известного аналога заключается в невысоком быстродействии, сравнительно низкой глубине фильтрации и достаточно больших массогабаритных показателях.
За прототип принят трехфазный активный электрический фильтр (RU №42720, МПК H03H 7/09, опубликовано 10.12.2004), содержащий систему преобразования входной информации, буферные каскады, импульсные усилители мощности, LC-фильтры, причем системы преобразования входной информации соединены со входами синхронизированных с сетью систем формирования эталонных сигналов, выходы синхронизованных с сетью систем формирования эталонных сигналов соединены с положительными входами сумматоров, выходы сумматоров соединены с входами широтно-импульсных модуляторов (ШИМ), а к выходам ШИМ подключены входы буферных каскадов, выходы буферных каскадов соединены с входами импульсных усилителей мощности, а к выходам импульсных усилителей мощности подключены входные цепи LC-фильтров, выходы LC-фильтров подсоединены к фазам питающей сети.
Общими признаками заявляемой полезной модели с прототипом являются: LC-фильтры, буферные каскады, широтно-импульсные модуляторы и система преобразования входной информации.
Недостатками прототипа заключаются в невысоком быстродействии и сравнительно низкой глубине фильтрации.
Задача заявляемой полезной модели заключается в создании активного фильтра высших гармоник с возможностью компенсации реактивной мощности с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Технический результат полезной модели заключается в повышении качества электрической энергии в электрической сети, компенсации реактивной мощности, снижение потерь за счет увеличения пропускной способности сети.
Указанный технический результат достигается тем, что активный фильтр высших гармоник с возможностью компенсации реактивной мощности, содержащий систему преобразования входной информации, буферный каскад, импульсный усилитель мощности и LC-фильтр, согласно полезной модели отличается тем, что система преобразования входной информации соединена с входом синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки, выход синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки соединен с инвертором, выход инвертора соединен с входом широтно-импульсного модулятора, а к выходу широтно-импульсного модулятора подключен вход буферного каскада, выходы буферного каскада соединены с входами импульсного усилителя мощности, а к выходу импульсного усилителя мощности подключен LC-фильтр, выходы которого подсоединены к фазе питающей сети с присоединенной к ним мощной нелинейной нагрузкой.
Отличием от прототипа является то, что система преобразования входной информации соединена с входом синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки, выход синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки соединен с инвертором, выход инвертора соединен с входом широтно-импульсного модулятора, а к выходу широтно-импульсного модулятора подключен вход буферного каскада, выходы буферного каскада соединены с входами импульсного усилителя мощности, а к выходу импульсного усилителя мощности подключен LC-фильтр, выходы которого подсоединены к фазе питающей сети с присоединенной к ним мощной нелинейной нагрузкой.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Соединение системы преобразования входной информации с входом синхронизованного с сетью системы формирования сигнала ошибки позволяет корректно и с высокой точностью компенсировать высшие гармоники и реактивную мощность в сети.
Совокупность отличительных признаков позволяет обеспечить указанный технический результат
На рис. 1. схематично изображен активный фильтр высших гармоник с возможностью компенсации реактивной мощности.
Активный фильтр высших гармоник с возможностью компенсации реактивной мощности содержит систему преобразования входной информации 1, синхронизованную с сетью систему формирования сигнала ошибки 2, инвертор 3, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 4, буферный каскад 5, импульсный усилитель мощности 6, LC-фильтр 7, мощную нелинейную нагрузку 8.
Активный фильтр высших гармоник с возможностью компенсации реактивной мощности работает следующим образом. Система преобразования входной информации 1 содержит делители, необходимые для согласования низковольтных цепей системы формирования сигнала ошибки 2 и выдает напряжения, пропорциональные напряжениям в фазе питающей сети. Эти напряжения поступают на систему формирования сигнала ошибки 2. На выходе синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки 2 формируется сигнал, мгновенные значения амплитуды и фазы которого равны мгновенным значениям амплитуд и фаз высших гармоник сигнала на выходе системы преобразования входной информации 1. Сигналы с выхода синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки 2 поступают на вход инвертора 3, в результате на выходе инвертора 3 получаются корректирующие сигналы, пропорциональные бесконечной сумме мгновенных значений высших гармоник напряжения, имеющихся в питающей сети. С выхода инвертора 3 корректирующий сигнал поступает на вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 4, который преобразует непрерывный корректирующий сигнал в дискретный сигнал. С выхода ШИМ 4 дискретный сигнал поступает на вход буферного каскада 5, а на выходе буферного каскада 5 вырабатывается два дискретных противофазных сигнала - дискретный сигнал положительной полярности и дискретный сигнал отрицательной полярности. Дискретные сигналы положительной и отрицательной полярности с выхода буферного каскада 5 поступают на положительные и отрицательные входы импульсного усилителя мощности 6, а с выхода импульсного усилителя мощности 6 усиленные дискретные сигналы поступают на вход LC-фильтра 7. С выхода LC-фильтра 7 восстановленный корректирующий сигнал подается в цепь фазы питающей сети, что ведет к компенсации высших гармоник напряжения (на фиг. показано, что с выхода LC-фильтра 7 восстановленный корректирующий сигнал подается в сеть с присоединенной к ней мощной нелинейной нагрузкой 8).
Активный фильтр высших гармоник с возможностью компенсации реактивной мощности позволяет использовать недорогие силовые модули на основе ключевых MOSFET-транзисторов, лучшие частотные свойства которых позволяют повысить тактовую частоту ШИМ, упростить выходные LC-фильтры и тем самым улучшить качество электрической энергии. Это позволяет снизить высшие гармонические составляющие в контролируемых точках энергетической системы, а также компенсировать реактивную составляющую мощности. Кроме того, отсутствие однокристальной ЭВМ позволит снизить массогабаритные показатели активного электрического фильтра.