Спосіб швидкодіючої стабілізації параметрів електричної енергії у багатофазній системі

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано" для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) потребителей электроэнергии и повышения ее качества в многофазной системе с однофазными нестационарными и нелинейными нагрузками (электротехнологические установки, полупроводниковые преобразователи, тяговые нагрузки и др.). Известны способы стабилизации параметров электроэнергии, основанные на их коррекции путем частотного преобразования электромагнитной энергии, например, при введении регулируемых реактивных сопротивлений [1], либо при быстродействующем циклическом переключении однофазной нагрузки [2]. Недостатками этих способов являются сложность их практической реализации и ограниченная область применения. Наиболее близким к заявляемому является способ быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии- в многофазной системе, содержащей однофазный непосредственный преобразователь частоты, включенный между многофазной сетью и нагрузкой [3]. В указанном способе используется частотное преобразование электромагнитной энергии при естественной коммутации вентилей, которое позволяет осуществить компенсации постоянной и низкочастотной составляющих в токе нелинейной нагрузки. При этом компенсация осуществляется за счет генерирования в сеть прямоугольноступенчатой кривой тока с длительностью каждой ступени, равной периоду питающего напряжения, что существенно ограничивает область применения "медленно" изменяющимися во времени нагрузками. Кроме того, при реализации данного способа следует принимать дополнительные меры по устранению индуктивной составляющей тока в питающей сети, потребляемого самим компенсатором вследствие его подключения к реактору. Задачей изобретения является создание такого способа быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, в котором путем обеспечения уравновешивания нестационарных, нелинейных нагрузок и компенсации высших гармоник тока повышается качество электрической энергии, эффективность и надежность обеспечения ЭМС потребителей многофазной системы. . Поставленная задача решается тем, что в способе быстродействующей стабилизации параметров электрической энергии в многофазной системе, содержащей однофазный непосредственный преобразователь частоты, включенный между многофазной сетью и нагрузкой, заключающемся в том, что осуществляют коррекцию параметров электроэнергий с помощью управления ключевыми элементами упомянутого преобразователя частоты, согласно изобретению, в каждый момент времени измеряют мгновенное R н(t) и действующее RН значения сопротивления нагрузки и управляют работой упомянутого преобразователя частоты в соответствии с коммутационной функцией Ф(t), определяемой выражением: Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Допустим, что однофазная нестационарная нелинейная нагрузка Rн(t) подключена к соответствующим фазам сети через однофазный непосредственный преобразователь частоты, алгоритм работы которого описывается его коммутационной (модуляционной или переключающей) функцией Ф(t), причем выходное напряжение преобразователя формируется мгновенно, а закон его изменения находится как произведение соответствующи х коммутационных функций на напряжение источника питания. Уравнения связи между входными и выходными электрическими величинами НПЧ имеют следующий вид: где Ф1(t) и Ф 2(t) - коммутационные функции соответственно по току и напряжению. Отметим, что уравнения связи (1) одновременно выражают условие баланса мощностей при пренебрежении потерями в ключевом коммутаторе. С другой стороны, при подключении к выходу НПЧ однофазной нестационарной нагрузки R н(t): После подстановки последнего выражения в (1) получаем: Очевидно, что для обеспечения полной ЭМС в нагрузочном узле и уравновешенности режима многофазной системы при подключении к ней однофазной нестационарной, нелинейной нагрузки Rн(t) необходимо выполнить следующее условие: ' где Ro - постоянная величина. В этом случае система "НПЧ - нестационарная, нелинейная нагрузка" представляет собой линейную нагрузку, т.е. u1(t) = Rol1(t). и тем самым не оказывает вредного влияния на питающую сеть, поскольку осуществляется компенсация всех гармоник помимо основной в токе нестационарной, нелинейной нагрузки. В результате обеспечивается полная ЭМС потребителей и уравновешенность режима многофазной системы. Поскольку в дан ном случае коммутационные функции потоку и напряжению совпадают, т.е. Ф1(t) = Ф2(t) = Ф(t). то из (2) следует: С уче том того, что коммутационные функции, описывающие алгоритм (логику) работы ключевого коммутатора НПЧ, представляют собой последовательность прямоугольных (единичных или ступенчатых) импульсов с модулированными параметрами, причем ІФ(t) I £ 1, а также того; что Ro ³ 0 и Rн(t) ³ 0, получим следующее неравенство: откуда следует, что и в этом случае Ro является максимальным значением за период изменения несинусоидальной функции Rн(t), т.е. Ro=max [R н(t)], или же действующим значением Rн периодической не синусоидальной величины Rн(t). Период изменения функции Rн(t) Определяется наименьшим промежутком времени, в течение которого эта функция непрерывна, и по истечении которого наблюдается повторение мгновенных положительных значений нелинейного сопротивления Rн(t). Практически период изменения Rн(t) может определяться технологическим режимом работы нестационарной, нелинейной нагрузки, например, '' электротехнологической. Следовательно, для каждого однофазного НПЧ коммутационная (переключающая) функция Ф(t) с учетом (3) может быть представлена в виде: Таким образом, управляя ключевым коммутатором каждого НПЧ в соответствии с алгоритмом, определяемым законом (4). достигают обеспечения ЭМС потребителей электроэнергии и уравновешенности режима многофазной системы. Заявленный способ включает следующий порядок выполнения операций: - измерение мгновенного Rн(t):и действующего RH значений сопротивления нестационарной, нелинейной нагрузки; - управление однофазным непосредственным преобразователем частоты, включенным между питающей сетью и нагрузкой, в соответствии с коммутационной функцией Ф(t), которая пропорциональна корню квадратному из частотного от деления мгновенного значения R н(t) сопротивления нагрузки на его действующее значение Rн. На чертеже приведен пример выполнения устройства для осуществления заявленого способа. Устройство подключено между соответствующими фазами 1,2,3...m электрической системы и однофазной нестационарной не линейной нагрузкой 4(10) и состоит из силовой схемы 5 (11) однофазного НПЧ. содержащей комплект 6 (12) силовых ключей (ключевой коммутатор) переменного тока, а также блока измерения и преобразования 7 (13) мгновенных и действующи х значений сопротивления нагрузки Rн(t) и RH , вычислительного устройства 8 и системы управления 9 (15) силовыми ключами НПЧ. Переключение силовых ключей 6 (ключевого коммутатора) НПЧ осуществляется в соответствии с алгоритмом, определяемым законом управления (4), причем текущее значение каждой коммутационной функции Ф(t) определяется вычислительным устройством 8 в зависимости от действующи х и мгновенных значений сопротивления нагрузки, которые измеряются и преобразуются в удобную для обработки форму, например, цифровую с помощью соответствующи х датчиков токов и напряжений, входящи х в состав блока 7, а также преобразователей сигналов (компараторов, АЦП и др.). Здесь блок 3 дополнительно снабжен формирователем коммутационных функций, выходной сигнал которого представляет собой последовательность прямоугольных импульсовс модулированными параметрами. Система управления 9 служит . для формирования достаточно мощных сигналов управления силовыми ключами 6 НПЧ. В качестве таких ключей переменного тока можно использовать мощные биполярные и полевые транзисторы и их сборки, запираемые тиристоры и однооперационные тиристоры с узлами искусственной коммутации.