способ эксплуатации преобразовательной схемы и устройство для осуществления способа

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации преобразовательной схемы, содержащей преобразовательный блок (1) с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и подключенный к каждому фазному выводу (2) преобразовательного блока (1) LCL-фильтр (3), при котором силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством управляющего сигнала (S), сформированного из значения (d _P) активной мощности гистерезиса, значения (d_Q ) реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора ( _n) потока, отличающийся тем, что значение (d _P) активной мощности гистерезиса формируют из разностного значения (P_diff) активной мощности посредством первого гистерезисного регулятора (16), разностное значение (P_diff ) активной мощности формируют из результата вычитания оцененного значения (Р) активной мощности и значения (P_d) активной мощности демпфирования из эталонного значения (P_ref ) активной мощности, причем значение (P_d) активной мощности демпфирования формируют из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент (k_d) результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений (u_TCf,d) на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений (u _GCf,d) на емкостях фильтров, значение (d_Q) реактивной мощности гистерезиса формируют из разностного значения (Q _diff) реактивной мощности посредством второго гистерезисного регулятора (17), разностное значение (Q_diff) реактивной мощности формируют из результата вычитания оцененного значения (Q) реактивной мощности и значения (Q_d) реактивной мощности демпфирования из эталонного значения (Q_ref ) реактивной мощности, причем значение (Q_d) реактивной мощности демпфирования формируют из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент (k_d) результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений (u_TCf,d) на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i _fg3) фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений (u_GCf,d) на емкостях фильтров.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отфильтрованную фильтром нижних частот d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений (u_TCf,d) на емкостях фильтров, отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1 , i_fg2, i_fg3) фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений (u_GCf,d) на емкостях фильтров и отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений (u _GCf,d) на емкостях фильтров формируют из токов (i_Cf1 , i_Cf2, i_Cf3) на емкостях фильтров.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что оцененное значение (Р) активной мощности и оцененное значение (Q) реактивной мощности формируют соответственно из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что -составляющую пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров формируют из -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров и из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, при этом -составляющую пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _Cf ) фильтров формируют из -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров и из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что -составляющую пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров формируют из текущего значения (u_dc) постоянного напряжения соединенного с преобразовательным блоком (1) емкостного аккумулятора (19) энергии, управляющего сигнала (S) и -составляющей пространственно-векторного преобразования токов (i_fi ) на фазных выводах, при этом -составляющую пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров формируют из текущего значения (u_dc) постоянного напряжения соединенного с преобразовательным блоком (1) емкостного аккумулятора (19) энергии, управляющего сигнала (S) и -составляющей пространственно-векторного преобразования токов (i_fi ) на фазных выводах.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что для формирования разностного значения (Q _diff) реактивной мощности дополнительно суммируют компенсационное значение (Q_comp) реактивной мощности, причем компенсационное значение (Q_comp) реактивной мощности формируют за счет отфильтровывания оцененного значения (Q_Cf) реактивной мощности емкостей фильтров посредством фильтра нижних частот.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что оцененное значение (Q_Cf) реактивной мощности емкостей фильтров формируют из -составляющей пространственно-векторного преобразования токов (i_Cf ) на емкостях фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования токов (i_Cf ) на емкостях фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что для формирования разностного значения (P_diff ) активной мощности дополнительно суммируют, по меньшей мере, одно значение (P_h) активной мощности компенсации высших гармоник по отношению к основной гармонике выходных токов (i _fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров, при этом для формирования разностного значения (Q_diff) реактивной мощности дополнительно суммируют, по меньшей мере, одно значение (Q_h) реактивной мощности компенсации высших гармоник по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1 , i_fg2, i_fg3) фильтров.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что значение (P_h) активной мощности компенсации высших гармоник и значение (Q_h ) реактивной мощности компенсации высших гармоник формируют соответственно из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров и угла ( t) основной гармоники по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3 ) фильтров.

10. Устройство для осуществления способа эксплуатации преобразовательной схемы, содержащей преобразовательный блок (1) с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и подключенный к каждому фазному выводу (2) преобразовательного блока (1) LCL-фильтр (3), содержащее служащее для формирования значения (d_P) активной мощности гистерезиса, значения (d_Q) реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора ( _n) потока регулирующее устройство (4), которое через управляющую схему (5) для формирования управляющего сигнала (S) соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) включает в себя первый вычислительный блок (6) для формирования значения (d_P) активной мощности гистерезиса, значения (d _Q) реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора ( _n) потока, причем вычислительный блок (6) содержит первый гистерезисный регулятор (16) для формирования значения (d_P) активной мощности гистерезиса из разностного значения (P_diff) активной мощности, второй гистерезисный регулятор (17) для формирования значения (d_Q) реактивной мощности гистерезиса из разностного значения (Q_diff ) реактивной мощности и векторный распределитель (18) для формирования выбранного сектора ( _n) потока, первый сумматор (7) для формирования разностного значения (P_diff) активной мощности из результата вычитания оцененного значения (Р) активной мощности и значения (P_d) активной мощности демпфирования из эталонного значения (P_ref) активной мощности, второй сумматор (8) для формирования разностного значения (Q_diff ) реактивной мощности из результата вычитания оцененного значения (Q) реактивной мощности и значения (Q_d) реактивной мощности демпфирования из эталонного значения (Q_ref ) реактивной мощности и второй вычислительный блок (9) для формирования значения (P_d) активной мощности демпфирования и значения (Q_d) реактивной мощности демпфирования, причем значение (P_d) активной мощности демпфирования сформировано из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент (k _d) результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений (u_TCf,d) на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1 , i_fg2, i_fg3) фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений (u_GCf,d) на емкостях фильтров, а значение (Q_d) реактивной мощности демпфирования сформировано из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент (k_d) результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений (u_TCf,d) на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений (u _GCf,q) на емкостях фильтров.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что вычислительный блок (9) выполнен с возможностью формирования из токов (i_Cf1, i_Cf2, i _Cf3) на емкостях фильтров отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений (u_TCf,d) на емкостях фильтров, отфильтрованной по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1 , i_fg2, i_fg3) фильтров d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений (u_GCf,q) на емкостях фильтров и отфильтрованной по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3) фильтров q-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений (u _GCf,q) на емкостях фильтров.

12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит третий вычислительный блок (10) для формирования оцененного значения (Р) активной мощности и оцененного значения (Q) реактивной мощности соответственно из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит четвертый вычислительный блок (11) для формирования -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров, причем -составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров сформирована из -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров и из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, а -составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров сформирована из -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров и из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит пятый вычислительный блок (12) для формирования -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров, причем -составляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров сформирована из текущего значения (u_dc) постоянного напряжения соединенного с преобразовательным блоком (1) емкостного аккумулятора (19) энергии, управляющего сигнала (S) и -составляющей пространственно-векторного преобразования токов (i_fi ) на фазных выводах, а -составляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров сформирована из текущего значения (u_dc) постоянного напряжения соединенного с преобразовательным блоком (1) емкостного аккумулятора (19) энергии, управляющего сигнала (S) и -составляющей пространственно-векторного преобразования токов (if,p) на фазных выводах.

15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что на второй сумматор (8) для формирования разностного значения (Q_diff) реактивной мощности дополнительно подается компенсационное значение (Q_comp) реактивной мощности, причем компенсационное значение (Q_comp) реактивной мощности сформировано за счет отфильтровывания оцененного значения (Q_Cf) реактивной мощности емкостей фильтров посредством фильтра (15) нижних частот.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит шестой вычислительный блок (13) для формирования оцененного значения (Q_Cf) реактивной мощности емкостей фильтров из -составляющей пространственно-векторного преобразования токов (i_Cf ) на емкостях фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования токов (i_Cf ) на емкостях фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков ( _Cf ) в емкостях фильтров.

17. Устройство по п.10, отличающееся тем, что на первый сумматор (7) для формирования разностного значения (P_diff) активной мощности дополнительно подается, по меньшей мере, одно значение (P_h) активной мощности компенсации высших гармоник по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i _fg3) фильтров, при этом на второй сумматор (8) для формирования разностного значения (Q_diff) реактивной мощности дополнительно подается, по меньшей мере, одно значение (Q_h) реактивной мощности компенсации высших гармоник по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i _fg3) фильтров.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что регулирующее устройство (4) содержит седьмой вычислительный блок (14) для формирования значения (P_h) активной мощности компенсации высших гармоник и значения (Q_h ) реактивной мощности компенсации высших гармоник соответственно из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов (i_fg ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков ( _L ) фильтров и угла ( t) основной гармоники по отношению к основной гармонике выходных токов (i_fg1, i_fg2, i_fg3 ) фильтров.

Описание изобретения к патенту

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

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_fi и вторую L_fg индуктивности, а также емкость C_f, причем индуктивность L_fi соединена с соответствующим фазным выводом 2 преобразовательного блока 1, индуктивностью L_fg и емкостью C_f . Емкости C_f 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.

В предложенном способе силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством управляющего сигнала S, сформированного по значению d_P активной мощности гистерезиса, значению d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранному сектору _n потока. Для формирования управляющего сигнала обычно служит таблица распределения, в которой соответствующие значениям d_P активной мощности гистерезиса, значениям d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранным секторам _n потока управляющие сигналы S жестко распределены, или модулятор, основанный на импульсно-широтной модуляции. Согласно изобретению значение d_P активной мощности гистерезиса формируется из разностного значения P_diff активной мощности посредством первого гистерезисного регулятора 16 (фиг.1). Кроме того, разностное значение P_diff активной мощности формируется из результата вычитания оцененного значения Р активной мощности и значения P_d активной мощности демпфирования из эталонного значения P_ref активной мощности, причем значение P_d активной мощности демпфирования формируется из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k _d результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1 , i_fg2, i_fg3 фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,d на емкостях фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:

P_d=(u_TCf,d·u_GCf,d)/k _d.

Эталонное значение P_ref активной мощности устанавливается произвольно и представляет собой заданное значение активной мощности, которая должна быть на выходе LCL-фильтров 3. Значение d_Q реактивной мощности гистерезиса формируется из разностного значения D_diff реактивной мощности посредством второго гистерезисного регулятора 17, а разностное значение D_diff реактивной мощности формируется из результата вычитания оцененного значения Q реактивной мощности и значения Q_d реактивной мощности демпфирования из эталонного значения Q_ref реактивной мощности, причем значение Q_d реактивной мощности демпфирования формируется из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k_d результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1 , i_fg2, i_fg3 фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений U_GCf,q на емкостях фильтров, что поясняется следующим уравнением:

Q_d =-(u_TCf,d·u_GCf,d)/k_d.

Эталонное значение Q_ref 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

x=x +jx ,

где х обозначает, в целом, комплексную величину, х - -составляющую пространственно-векторного преобразования величины х, а х - -составляющую пространственно-векторного преобразования величины х. Все уже упомянутые и еще упоминаемые ниже пространственно-векторные преобразования величин производятся по приведенной выше формуле.

За счет значения P_d активной мощности демпфирования и значения Q_d реактивной мощности демпфирования можно активно демпфировать искажения, т.е. нежелательные гармоники, выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 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.

На фиг.1 предложенное устройство содержит регулирующее устройство 4 для формирования значения d_P активной мощности гистерезиса, значения d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора _n 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_P активной мощности гистерезиса, значениям d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранным секторам _n 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_P активной мощности гистерезиса, значения d_Q реактивной мощности гистерезиса и выбранного сектора _n потока, причем вычислительный блок 6 содержит первый гистерезисный регулятор 16 для формирования значения d _P активной мощности гистерезиса из разностного значения P_diff активной мощности, второй гистерезисный регулятор 17 для формирования значения d_Q реактивной мощности гистерезиса из разностного значения Q_diff реактивной мощности и векторный распределитель 18 для формирования выбранного сектора _n потока. Регулирующее устройство 4 включает в себя также первый сумматор 7 для формирования разностного значения P_diff активной мощности из результата вычитания оцененного значения Р активной мощности и значения P_d активной мощности демпфирования из эталонного значения P_ref активной мощности и второй сумматор 8 для формирования разностного значения Q_diff реактивной мощности из результата вычитания оцененного значения Q реактивной мощности и значения Q_d реактивной мощности демпфирования из эталонного значения Q _ref реактивной мощности. Кроме того, регулирующее устройство 4 включает в себя второй вычислительный блок 9 для формирования значения P_d активной мощности демпфирования и значения Q_d реактивной мощности демпфирования, причем значение P_d активной мощности демпфирования сформировано из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k_d результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i _fg3 фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,d на емкостях фильтров, а значение Q_d реактивной мощности демпфирования сформировано из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k_d результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1 , i_fg2, i_fg3 фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,q 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

x=(x_d+jx_q)e ^{j t},

где х обозначает комплексную величину, x_d - d-составляющую преобразования Парка-Кларка величины х, a x_q - 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.

Отфильтрованная фильтром нижних частот d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров, отфильтрованная по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,d на емкостях фильтров и отфильтрованная по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров q-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,q на емкостях фильтров формируются преимущественно по токам i_Cf1, i_Cf2, i_Cf3 на емкостях фильтров. На фиг.5 для лучшего пояснения формирования значения P_d активной мощности демпфирования и значения Q_d реактивной мощности демпфирования изображен вариант вычислительного блока 9, который представляет также формирование отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров, отфильтрованной по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,d на емкостях фильтров и отфильтрованной по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров q-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,q на емкостях фильтров по токам i_Cf1 , i_Cf2, i_Cf3 на емкостях фильтров.

На фиг.5 сначала посредством пространственно-векторного преобразования токов i_Cf, на емкостях фильтров по подаваемым токам i_Cf1 , i_Cf2, i_Cf3 на емкостях фильтров формируются его - и -составляющие. Затем - и -составляющие пространственно-векторного преобразования токов i_Cf, на емкостях фильтров интегрируются, в результате чего формируются - и -составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений u_CF, на емкостях фильтров. Затем - и -составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений u_Cf, на емкостях фильтров преобразуются посредством преобразования Парка-Кларка, причем дальше используется только возникающая в результате этого d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_Cf,d на емкостях фильтров. После этого d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_Cf,d на емкостях фильтров фильтруется фильтром нижних частот, в результате чего формируется упомянутая, отфильтрованная фильтром нижних частот d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров. Отфильтровывание фильтром нижних частот вызывает то, что отфильтрованная им d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров имеет лишь долю основной гармоники по отношению к выходным токам i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров, а все высшие гармоники отфильтрованы. Кроме того, за счет отфильтровывания - и -составляющих пространственно-векторного преобразования напряжений u_Cf, на емкостях фильтров по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров посредством полосно-заграждающего фильтра формируются отфильтрованные по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров - и -составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений _Cf, на емкостях фильтров. Отфильтровывание предпочтительно вызывает то, что отфильтрованные по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров - и -составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений _Cf, на емкостях фильтров имеют предпочтительно только доли высших гармоник по отношению к выходным токам i_fg1 , i_fg2, i_fg3 фильтров, а доля основной гармоники отфильтрована. Доля основной гармоники по отношению к выходным токам i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров предпочтительно соответствует резонансной частоте в зависимости от индуктивности L_fg и емкости C_f , рассчитываемой тогда по формуле

На фиг.5 отфильтрованные по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2 , i_fg3 фильтров - и -составляющие пространственно-векторного преобразования напряжений _Cf, на емкостях фильтров преобразуются, в результате чего формируются упомянутая, отфильтрованная по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i _fg3 фильтров d-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,d на емкостях фильтров и отфильтрованная по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1 , i_fg2, i_fg3 фильтров q-составляющая преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,d на емкостях фильтров. Затем по уже подробно поясненным выше формулам значение P _d активной мощности демпфирования формируется из деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k_d результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров d-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,d на емкостях фильтров, а значение Q_d реактивной мощности демпфирования формируется из отрицательного, деленного на устанавливаемый демпфирующий коэффициент k_d результата умножения отфильтрованной фильтром нижних частот d-составляющей преобразования Парка-Кларка напряжений u_TCf,d на емкостях фильтров на отфильтрованную по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i _fg3 фильтров q-составляющую преобразования Парка-Кларка напряжений u_GCf,q на емкостях фильтров.

Упомянутые выше оцененные значение Р активной мощности и значение Q реактивной мощности формируются соответственно из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg , фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров, что поясняется, в частности, следующими формулами:

Р= ·( _L ·i_fg - _L ·i_fg ),

Q= ·( _L ·i_fg + _L ·i_fg ).

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.

-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров формируется из -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров и из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:

_L = _Cf -L_fg· i_fg .

-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров формируется из -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров и из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:

_L = _Cf -L_fg· i_fg .

Для формирования -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров регулирующее устройство 4 содержит на фиг.1 четвертый вычислительный блок 11, посредством которого по соответствующей, приведенной выше формуле вычисляются -составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров и -составляющая пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров.

-составляющая пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg фильтров формируется путем суммирования из -составляющей пространственно-векторного преобразования токов i_fi на фазных выводах, которая формируется посредством пространственно-векторного преобразования измеренных на фиг.1 токов i_fi1, i_fi2, i_fi3 на фазных выводах, и из -составляющей пространственно-векторного преобразования токов i_Cf на емкостях фильтров, которая формируется посредством пространственно-векторного преобразования измеренных на фиг.1 токов i_Cf1, i_Cf2, i_Cf3 на емкостях фильтров. -составляющая пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg фильтров формируется путем суммирования из -составляющей пространственно-векторного преобразования токов i_fi на фазных выводах, которая формируется посредством пространственно-векторного преобразования измеренных на фиг.1 токов i_fi1, i_fi2, i_fi3 на фазных выводах, и из -составляющей пространственно-векторного преобразования токов i_CF на емкостях фильтров, которая формируется посредством пространственно-векторного преобразования измеренных на фиг.1 токов i_Cf1, i_Cf2, i_Cf3 на емкостях фильтров. Измерение выходных токов i_fg1, i_fg2 , i_fg3 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_fi1, i_fi2, i_fi3 на фазных выводах и измеренных токов i_Cf1, i_Cf2, i_Cf3 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.

-сосоставляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров формируется из текущего значения u_dc постоянного напряжения соединенного с преобразовательным блоком 1 емкостного аккумулятора 19 энергии, управляющего сигнала S и -составляющей пространственно-векторного преобразования токов i_fi на фазных выводах, что поясняется, в частности, следующей формулой, причем u_C обозначает сформированную из текущего значения u _dc постоянного напряжения и управляющего сигнала S -составляющую напряжения на фазных выводах преобразовательного блока 1

Соответственно -составляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров формируется из текущего значения u_dc постоянного напряжения соединенного с преобразовательным блоком 1 емкостного аккумулятора 19 энергии, управляющего сигнала S и -составляющей пространственно-векторного преобразования токов i_fi на фазных выводах, причем u_C обозначает сформированную из текущего значения u _dc постоянного напряжения и управляющего сигнала S -составляющую напряжения на фазных выводах преобразовательного блока 1

Для формирования -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров регулирующее устройство 4 содержит на фиг.1 пятый вычислительный блок 12, посредством которого по соответствующей, приведенной выше формуле вычисляются -составляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров и -составляющая пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров.

Для формирования уже упомянутого разностного значения Q_diff реактивной мощности дополнительно суммируется компенсационное значение Q _comp реактивной мощности, причем компенсационное значение Q_comp реактивной мощности формируется за счет отфильтровывания оцененного значения Q_Cf реактивной мощности емкостей фильтров посредством фильтра 15 нижних частот. Это предпочтительно предотвращает возникновение нежелательных долей реактивной мощности LCL-фильтров 3, в частности емкостей C_f 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_ref реактивной мощности. На фиг.1 на сумматор 8 дополнительно подается компенсационное значение Q_comp реактивной мощности. Оцененное значение Q_Cf реактивной мощности емкостей фильтров формируется из -составляющей пространственно-векторного преобразования токов i_Cf на емкостях фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования токов i_Cf на емкостях фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования оцененных потоков _Cf в емкостях фильтров, что поясняется, в частности, следующей формулой:

Q_Cf= ·( _Cf · i_Cf + _Cf · i_Cf ).

Для формирования оцененного значения Q_Cf реактивной мощности емкостей фильтров регулирующее устройство 4 содержит шестой вычислительный блок 13, посредством которого по приведенной выше формуле вычисляется оцененное значение Q_Cf реактивной мощности емкостей фильтров.

Для формирования уже упомянутого разностного значения P_diff активной мощности дополнительно суммируется, по меньшей мере, одно значение P_h активной мощности компенсации высших гармоник по отношению к основной гармонике выходных токов i _fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров. Для формирования уже упомянутого разностного значения Q_diff реактивной мощности дополнительно суммируется, по меньшей мере, одно значение Q_h реактивной мощности компенсации высших гармоник по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1 , i_fg2, i_fg3 фильтров. На фиг.1 на сумматор 7 для формирования разностного значения P_diff активной мощности дополнительно подается значение P_h активной мощности компенсации высших гармоник. Кроме того, на сумматор 7 для формирования разностного значения Q_diff реактивной мощности дополнительно подается значение Q_h реактивной мощности компенсации высших гармоник. Значения P_h и Q_h формируются соответственно из -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков фильтров и угла t основной гармоники по отношению к основной гармонике выходных токов i_fg1, i_fg2, i_fg3 фильтров. Угол t 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 _h активной мощности компенсации высших гармоник и значения Q_h реактивной мощности компенсации высших гармоник, причем на фиг.2 изображен вариант седьмого вычислительного блока 14. Суммирование, по меньшей мере, одного значения P_h активной мощности компенсации высших гармоник для формирования разностного значения P_diff активной мощности и, по меньшей мере, одного значения Q_h реактивной мощности компенсации высших гармоник для формирования разностного значения Q_diff реактивной мощности вызывает активное уменьшение высших гармоник.

На фиг.2 сначала посредством пространственно-векторного преобразования из подаваемых выходных токов i_fi1, i_fi2, i_fi3 фильтров формируются -составляющая выходных токов i_fg фильтров и -составляющая выходных токов i_fg фильтров. Затем -составляющая пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg фильтров и -составляющая пространственно-векторного преобразования выходных токов i_fg 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 _hd, i_hq фильтров по отношению к основной гармонике выходных токов i_fi1, i_fi2, i_fi3 фильтров. Показатель h обозначает h-ую высшую гармонику этих и приведенных ниже величин, причем h=1, 2, 3,

На фиг.2 d- и q-составляющие преобразования Парка-Кларка желаемой выбранной h-ой высшей гармоники выходных токов i_hd, i_hq фильтров регулируются до соответствующего заданного эталонного значения i*_hd , i*_hq, преимущественно по пропорционально-интегральной характеристике, а затем подвергаются обратному преобразованию Парка-Кларка, в результате чего формируются -составляющая пространственно-векторного преобразования h-ой высшей гармоники эталонных выходных токов i*_h фильтров и -составляющая пространственно-векторного преобразования h-ой высшей гармоники эталонных выходных токов i*_h фильтров. Наконец, значения P_h и Q _h вычисляются соответственно из -составляющей пространственно-векторного преобразования h-ой высшей гармоники эталонных выходных токов i*_h фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования h-ой высшей гармоники эталонных выходных токов i*_h фильтров, -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров и -составляющей пространственно-векторного преобразования выходных потоков _L фильтров, что поясняется, в частности, следующими формулами:

P_h= ·( _L ·i_h - _L ·i*_h )

Q_h= ·( _L · i*_h + _L ·i*_h )

На фиг.3 изображена обычная временная характеристика выходных токов i_fi1, i_fi2 , i_fi3 фильтров. Чтобы наглядно продемонстрировать принцип действия активного демпфирования описанным выше способом, на фиг.4 изображена временная характеристика выходных токов i _fi1, i_fi2, i_fi3 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 t 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