Система керування паралельним силовим гібридним фільтром

Винахід відноситься до галузі силової електроніки, може бути використаний при виробництві систем управління силовими гібридними фільтрокомпенсуючими пристроями і вирішує задачі підвищення ефективності зниження електромагнітних перешкод в системах з напівпровідниковими перетворювачами при одночасному зменшенні вартості. Відомо про систему управління активним силовим фільтром (АСФ) [US патент №04327319], яка містить задавальне коло, що стежить за зміною напруги в мережі, низькочастотний фільтр, що забезпечує задавальну напругу, та коло зворотного зв'язку по напрузі із навантаженням. Хоча дана схема забезпечує управління вентилями активного фільтра при зниженні гармонік, генерованих нелінійними навантаженнями в низькочастотному діапазоні, вона не забезпечує їх е фективної компенсації у високочастотному діапазоні (вище за 2,5кГц). Крім того, відсутність деяких датчиків призводить до необхідності програмного обчислення важливих для управління фільтром параметрів, наприклад поточної фази напруги, струму навантаження, т.і. Вказані фактори можуть вплинути на швидкодію системи управління в цілому. Наведена в ЕР №2001011763 система управління АСФ складається з інтегратора, який має вхід скидання та обв'язку у вигляді аналогових, логічних та лінійних компонентів. Така структура дає можливість широтноімпульсного управління автономним інвертором напруги (АІН) фільтра, що забезпечує близьку до синусоїдальної форму напруги у мережі з нелінійними навантаженнями. Недоліком системи є велика кількість складових системи управління АСФ та наявність елементів жорсткої логіки, що знижує надійність та собівартість фільтра. У якості прототипу для винаходу обрано схему управління, яка може використовуватись сумісно як із активними, так і паралельними гібридними фільтрами [US патент №20030062776]. Вона містить датчики струму мережі та напруги у колі постійного струму активної частини фільтра. Вказані датчики з'єднані із контролером, що задає алгоритм комутації силових вентилів гібридного фільтра. Принцип дії системи заснований на генеруванні контролером сигналів управління, які є функціями струму мережі та різниці мінімальної зарядної напруги ємності автономного інвертора напруги (АІН) фільтра і поточної напруги у колі постійного струму. Прототип позбавлений недоліків, притаманних ]аналогам US Патент №04327319, ЕР № 2001011763], крім необхідності програмного обчислення поточної фази напруги та відсутності зворотного зв'язку по струму АІН АСФ, які необхідні для більш точного визначення компенсаційного струму. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення системи управління силовим гібридним фільтром, в якій за рахунок доповнення основної групи оброблюваних сигналів поточною фазою напруги та вихідним струмом АІН гібридного силового фільтра (ГСФ) досягається підвищення точності та зменшення часу при визначенні сигналів управління активною частиною фільтра, що у свою чергу забезпечує підвищення ефективності фільтрації. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що до системи управління паралельним силовим гібридним фільтром, яка містить сполучення контролера з датчиками струму мережі та напруги в колі постійного струму автономного інвертора, згідно з винаходом додаються датчики вихідного струму автономного інвертора напруги та поточної фази напруги і струму в мережі живлення, виходи яких з'єднані з інформаційними входами контролера. Оскільки при такій схемі можна уникнути програмного визначення поточної фази та є можливість контролювати компенсаційний струм в реальному режимі часу, швидкодія системи управління і відповідно гібридного силового фільтра, в цілому, збільшується в десятки - сотні разів порівняно з прототипом [US Патент №20030062776], а також з'являється можливість використання у якості контролера цифрових DSP (digital signal processor) мікросхем чи мікроконтролерів. Останній фактор дозволяє зменшити кількість елементів в інтелектуальній частині ГСФ у чотири - п'ять разів при одночасному підвищенні степені інтеграції її апаратних і програмних можливостей. Використання в якості контролера системи управління DSP мікросхем чи мікроконтролерів дозволяє розширити технологічні можливості виготовлення високоефективних, економічних та компактних пристроїв підвищення якості електроенергії з можливістю гнучкого переналагодження. Винахід може бути корисний як при подальшому удосконаленні пристроїв підвищення якості електроенергії в мережах живлення, так і в практичних цілях - для виробників та споживачів надсучасних фільтрокомпенсуючих пристроїв. Винахід ілюструється схемою. На схемі показано систему управління ГСФ в однолінійному вигляді у складі автономної електроенергетичної системи. Система управління ГСФ містить датчик струму 1, ввімкнений у мережу живлення, яка складається з джерела ЕРС 2 та вн утрішнього індуктивного опору 3. До цієї ж мережі підключений датчик поточної фази 4. Датчик 5 вихідного струм у автономного інвертора 6 ввімкнено між узгоджуючим індуктивним фільтром 7 та понижуючим трансформатором 8, що з'єднує AIН 6 із пасивним індуктивно-ємнісним фільтром з елементами 9, 10, котрий у свою чергу приєднаний до мережі з нелінійним навантаженням 11. Датчик напруги 13, встановлений у колі постійного струму AIН 6, та датчики 1, 4, 5 підключенні до інформаційних входів контролера 14, який зв'язаний з АІН 6. При виготовленні системи управління паралельним силовим гібридним фільтром за винайденою схемою можуть використовуватись датчики - трансформатори струму марок ТПОЛ чи ТПЛ і мікроконтролери РІС16ХХ, 17ХХ чи їх аналоги фірми ATMEL, ZILOG, т.і., наведені відповідно у наступних джерелах: Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Под [редакцией С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро. Москва. Энергоатомиздат. 1985г.; Электрическая часть станций и подстанций. Под редакцией А.А.Васильева. Москва. Энергоатомиздат. 1990г.; Фірмові керівництва користувача по мікроконтролерам MICROCHIP TECH., ATMEL, ZILOG за 2003-2004р]. i Пристрій працює таким чином. Сигнали з виходу датчиків 1 і 5, пропорційні струмам джерела живлення ДЖ і автономного інвертора iАІН , надходять до входу контролера 14, в якому виконується їх перетворення із нерухомих фазних abc координат в стаціонарну систему прямокутних ab координат із врахуванням поточної I I фази wt , що надходить з датчика 4. Отримані після перетворення струми АІН ab стац і ДЖ ab стац у свою чергу I переводяться в контролері 14 до синхронної системи обертових dq координат АІН dq синхр і I ДЖ dq синхр . Основна гармоніка струму I ДЖ dq синхр виділяється за допомогою фільтра нижніх частот контролера 14. D I ДЖ dq синхр Спотворююча складова струму джерела 2 отримується в результаті відіймання основної складової D I ДЖ dq синхр від стр уму джерела 2. Після перемноження , на Kp , де p - оператор диференціювання та перетворення результату в нерухомі abc координати, на виході контролера 14 з'являються комутаційні функції S для управління АІН 6 із використанням широтно-імпульсної модуляції. Для реалізації управління напругою * ємнісного накопичувана 12 різниця здавальної UC і поточної UC напруг на ємності 10 подається на вхід пропорційно інтегруючого регулятора. Отримана величина на його виході, помножена на основну складову струму інвертора, визначену після фільтра нижніх частот, дає складову сигналу управляння АІН 6 на основній частоті. Порівняно невелика основна гармоніка вихідної напруги АІН 6 забезпечує активну потужність, необхідну для підтримки постійного значення UC в усталених режимах, компенсації комутаційних втрат в АІН 6 і втрат в дроселі 7. Врахування вихідного стр уму автономного інвертора напруги 6 та поточної фази стр уму джерела, які вимірюються датчиками 4, 5, підвищує точність визначення компенсаційного струму в со тні разів, а виконання цифрової фільтрації вимірюваних сигналів та перетворення координат безпосередньо контролером 14 в реальному режимі часу дозволяє підвищити швидкодію системи управління силовим гібридним фільтром в десятки - сотні разів. Робота системи управління паралельним силовим гібридним фільтром, виконаної за винайденою схемою, дозволяє наблизити фазовий зсув між струмом та напругою в мережі до нуля, знизити рівні окремих вищи х гармонік напруги відносно основної в десятки разів, забезпечити відповідність інтегрального показника якості електроенергії - коефіцієнта викривлення синусоїдальності напруги мережі нормам, встановленим світовими стандартами, наприклад ГОСТ 1310997, IEEE 519, EN 50160, AS 2279, G5/3.