Актуальность. Расширение номенклатуры электрооборудования и pder мощности автоном­ных систем при одновременно высоких требованиях к качеству вырабатываемой электроэнергии и надежности электропитания, появление новых, нетрадиционных источников электрической энергии (ветроэнергетика, малая гидроэнергетика и т.д.), объединяемых в локальную или промышленную сеть, определили актуаль­ность анализа условий обеспечения режима параллельной работы непосредствен­ных преобразователей частоты с естественной коммутацией, как источников ста­бильной частоты, на общую нагрузку в статическом и динамическом режимах.

Первичным источником электрической энергии в таких системах может осиленная сеть  с резервным аккумулятором в звене постоянного тока, магнитоэлектрический синхронный генератор с переменной скоростью вращения вала (ветроэнергетика, малая энергетика, автономные системы электропитания подвижных объектов) или дизель-генераторная  установка.  При этом  функция стабилизации параметров выходной энергии возлагается, как правило, на статический преобразователь частоты. I

Для достижения необходимого уровня мощности системы и требуемой надежности питания  технологически  целесообразно строить систему электропитания по модульному принципу, реализуя режимы как независимой, так и параллельной работы всех или части модулей на общую нагрузку.

При таком подходе к построению  систем   возникает  противоречие между необходимостью обеспечить высокий уровень стабилизации  параметров выходного напряжения (действующее значение, амплитуда, фаза), требующего "жесткости" внешней характеристики источника-модуля по соответствующему параметру, и заданного (обычно равномерного) распределения составляющих мощности общей нагрузки между модулями, требующего "мягких" внешних характеристик.

Разрешение указанного противоречия при любом типе первичного источника, используемого в системе преобразователя возможно несколькими путями [2]:

- построением модулей с защитой по собственному току (мощности);

- использованием в системе ведущего модуля;

- применением взаимного регулирования модулей по параметрам их токов и выходных напряжений.

Два последних варианта построения систем позволяют реализовать астатическое регулирование их выходных параметров. Но при этом возникает задача оптимизации параметров системы регулирования  в  режиме   параллельной работы, обладающей достоинствами астатического регулирования и максимальной точности распределения нагрузки между модулями.

Цель данной работы – провести обзор способов включения и управления источниками переменного тока при параллельном режиме на общую нагрузку.

В работе поставлены следующие задачи:

·        Рассмотреть условия обеспечения параллельной работы стабильной частоты на базе полупроводниковых преобразователей;

·        Рассмотреть статический и динамический режимы параллельной работы НПЧ ЕК на общую нагрузку;

·        Рассмотреть повышение равномерности распределения мощности нагрузки между параллельно работающими источниками стабильной частоты;

·        Рассмотреть построение системы регулирования при параллельной работе полупроводниковых преобразователей с синусоидальным стабилизированным выходным напряжением;

·        Рассмотреть способы построения и управления статистическими преобразователями частоты, работающими на параллельно на общую нагрузку.

В качестве информационной базы исследования в работе использованы труды Бородина Н.И., Харитонова С.А., Берестова В.М., Коробкова Д.В.

1. Теоретические основы построения и управления статистическим преобразователями частоты, работающими параллельно на общую нагрузку

1. 1. Условия обеспечения параллельной работы источников стабильной частоты на базе полупроводниковых преобразователей.

Для источников переменного тока стабильной частоты условиями включения в режим параллельной работы являются: 

- равенство мгновенных частот выходных напряжений (синхронная работа);

- равенство номинальных значений фаз выходных напряжений источников, объеди­няемых при параллельной работе (синфазная работа);

- равенство номинальных действующих значений выходных напряжений;  

- одинаковая форма выходных напряжений источников.

В источниках питания с использованием статических преобразователях частоты с си­нусоидальным выходным напряжением необходимо воздействовать на задающие генераторы систем управления преобразователями с целью выравнивания мгновенных частот выходных напряжений с минимальным фазовым рассогласованием. При этом возможны различные ва­рианты построения системы синхронизации:

- система с одним задающим генератором ( ЗГ); 

- синхронизация от общего ЗГ;     

- система с резервным ЗГ;   

- система с взаимной синхронизацией. 

Синхронизация от одного или общего задающего генератора - наиболее простая с точки зрения реализации структура. Частным случаем такой структуры, но имеющей более высокую надежность, является система с резервным задающим генератором. При этом один из ЗГ является ведущим и синхронизирует остальные генераторы, в том числе и резервный. При выходе из строя ведущего ЗГ его роль берет на себя резервный.

Возможно использование систем с взаимной синхронизацией. В этом случае все пре­образователи имеют свой задающие генераторы, которые замкнуты в кольцо, и каждый ЗГ получает синхронизирующий сигнал от предыдущего, изменяет свою частоту и фазу и выда­ет синхронизирующий сигнал на следующий генератор. Такая система синхронизации обла­дает достаточной надежностью при минимуме связей между преобразователями, но приво­дит к уходу частоты в системе при разрыве кольца синхронизации, например, в результате1, выхода из строя одного из ЗГ.

Примером структуры взаимной синхронизации может служить система с параллель­ными и перекрестными связями. Последние структуры синхронизации в большей степени отвечают требованиям нормальной работы в условиях возникновения любой одной неис­правности.

По характеру сигналов, используемых для синхронизации, можно выделить системы синхронизации:

- по сигналу задающего генератора;  

- по выходному напряжению преобразователя;

- по комбинации сигналов ЗГ и выходных напряжений преобразователей. Синхронность и синфазность эталонных сигналов ЗГ гарантирует синхронность и синфазность выходных напряжений преобразователей в статическом режиме при наличии в каждом преобразователе астатического регулятора фазы. В переходных режимах и в статическом режиме, без регулятора фазы, возникает разброс фаз выходных напряжений из-за не идентичности характеристик преобразователей и силовых фильтров.

Использование при синхронизации выходных напряжений источников исключает фа­зовое рассогласование их напряжений. Однако, при взаимной синхронизации в контур регу­лирования в этом случае входят преобразователь и силовой фильтр, что ухудшает условия обеспечения устойчивости при синхронизации и нарушает синхронизацию в аварийных ре­жимах (КЗ нагрузки). 

В значительной степени исключить указанные недостатки при синхронизации позво­ляет использование, комбинации сигналов задающих генераторов и выходных напряжений источников с соответствующими коэффициентами пропорциональности. В этом случае ве­лика точность синхронизации и исключаются ее срывы в переходных и аварийных режимах силовой цепи,

Выполнение условий включения является необходимым, но недостаточным условием параллельной работы стабилизированных источников. Возникает необходимость распреде­ления мощности нагрузки между источниками. Классификация систем распределения мощ­ности пои параллельной работе источников изображена на рис. 1.

По способу распределения мощности можно выделить: системы пассивного распреде­ления мощности (по собственным внешним характеристикам) и системы активного распре­деления мощности (с изменением внешних характеристик).

Использование собственных внешних характеристик источников для распределения мощности нагрузки при их. параллельной- работе (метод статических характеристик целесо­образно в источниках небольшой мощности, имеющих "мягкие" внешние характеристики, и не требуют дополнительного оборудования. Однако, в системах средней и большой мощно­сти наличие даже небольших разбросов параметров источников, включаемых параллельно, приводит к значительной неравномерности их загрузки в не зависимости от типа применяе­мого преобразователя. В системах с высокой точностью стабилизации параметров выходного напряжения, в которых используются астатические регуляторы, параллельная работа без управления распределением мощности нагрузки в принципе невозможна.

Поэтому в системах генерирования с высоким уровнем стабилизации выходных па­раметров, а, следовательно, с "жесткими" внешними характеристиками преимущественное распространение получили системы с заданным распределением мощности, которые обеспе­чивают высокую точность распределения мощности нагрузки и стабилизацию параметров выходного напряжения.  

Получение источников с "мягкими" внешними характеристиками возможно двумя пу­тями:

-  включением в силовые цепи источника последовательно с его выходным сопротив­лением дополнительного силового оборудования;

-   введением соответствующих обратных связей в системы управления источниками. Первый путь возможен при использовании последовательных реактансов силовых фильтров преобразователей в качестве балластных элементов, что достигается, например со­единением между собой некоторых точек фильтров преобразователей дополнительными коммутаторами. При этом изменяется резонансная частота фильтра и возрастает его сопро­тивление на основной частоте.

В качестве выравнивающих устройств применяются автотрансформаторы и магнитосвязанные реакторы. При этом установленная мощность дополнительного оборудования мо­жет иметь величину порядка 10 % мощности канала, а достижимая точность распределения мощности нагрузки до 2 %.     

Для регулирования мощности, отдаваемой в нагрузку источниками, и одновременно для выполнения защитных функций в аварийных режимах возможно использование ключа с двунаправленной проводимостью тока последовательно с каждым источником (пара встречно включенных тиристоров). Управление ключами осуществляется по совпадению направлений токов источников с требуемым направлением тока нагрузки, а в аварийных режимах – от блока защиты.

Рисунок 1 – Классификация систем распределения мощности при параллельной работе источников

Важно отметить, что все включаемые последовательно с источниками эле­менты должны быть рассчитаны на нагрузочный ток и, следовательно, иметь значительные вес и габариты.

Большие возможности и достоинства дает второй путь получения требуемых характе­ристик источников при параллельной работе - введение обратных связей в системы управле­ния источниками.

В качестве регулируемых параметров канала генерирования мощности, предназна­ченных для ее распределения, возможно использовать:

- входное напряжение преобразователя;

- параметры выходного напряжения преобразователя.

Первый вариант реализуется при наличии в канале синхронного генератора с элек­тромагнитной системой возбуждения или управляемого выпрямителя. Такое построение со­провождается включением в контур регулирования обмотки возбуждения синхронного гене­ратора со значительной постоянной времени или снижением входного коэффициента мощ­ности источника. Более высокие быстродействие и качество выходной энергии можно поду­чить при регулировании параметров модулирующих напряжений преобразователей ( вы­ходных напряжений источников).

Параллельная работа с защитой по собственной мощности (току) представляет собой систему с обратными связями, которые изменяют "жесткость" внешних характеристик ис­точников при параллельной работе, если отбираемая от них мощность(ток) превышает уста­новленный предел, и переводит источники в режим стабилизации мощности (тока), если по­требляемая мощность близка к предельно .допустимой При таком способе распределения мощности между источниками принципиально необходим статизм внешней характеристики каждого источника, не исключаются загрузка источников значительными уравнительными токами и снижение точности стабилизации параметров выходного напряжения при переходе в режим стабилизации мощности (тока).

При параллельной работе с требуемым распределением мощности нагрузки следует выделить:

-систему с ведущим источником;

- систему с взаимным регулированием; 

- систему с перекрестным регулированием.

Первая структура предусматривает наличие ведущего источника, управление которым обеспечивает стабилизацию параметров выходного напряжения на общей нагрузке. При этом мощность, отдаваемая им в нагрузку, является заданием для остальных параллельно рабо­тающих источников. Такая структура обладает минимальным количеством обратных связей, но и более низкой точностью распределения мощности нагрузки.

Система с взаимным регулированием реализует такое управление, при котором каж­дый источник обеспечивает как стабилизацию параметров напряжения на нагрузке, так и от­даваемую источником мощность. При этом увеличивается в системе количество обратных связей, но и повышается точность распределения мощности нагрузки.

Система с перекрестным регулированием предусматривает формирование управляю­щего сигнала для каждого источника с использованием параметров мощности всех или части остальных преобразователей, кроме данного. По количеству обратных связей и точности распределения мощности такая структура аналогична второй, но позволяет иногда использо­вать для распределения мощности и стабилизации параметров выходного напряжения одни и те же регулирующие воздействия.

По характеру измеряемой информации следует классифицировать системы, в которых для распределения мощности нагрузки используются следующие сигналы и параметры:

- параметры токов источников (мгновенные значения; средневыпрямленные значения, пропорциональные амплитудам и фазам токов);

- параметры мощности (активная, реактивная, мощность отдельных гармоник);

- комбинированное  использование   параметров  токов  и мощностей.

1, 2. Статический и динамический режимы параллельной работы НПЧ ЕК на общую нагрузку

Выполнение условий включения на параллельную работу: равенство частот выходных напряжении с минимальным фазовым рассогласованием (синхронная и синфазная работа) достигается в источниках электропитания с НПЧ путем воздей­ствия на задающие части систем управления преобразователями. При этом надеж­ность синхронизации попытается, если р системе управления НПЧ формировать дополнительным сигнал, совпадающий но частоте и фазе с выходным напряжени­ем преобразователя в установившемся режиме, суммировать дополнительный сиг­нал с выходным напряжением преобразователя, причем доля выходного напряже­ния преобразователя в суммарном сигнале должна быть существенно больше доли дополнительного сигнала, и полученный суммарный сигнал использовать для из­мерения разности фаз синхронизируемых напряжений и регулирования частоты преобразователя [I].

Для равномерного распределения мощности нагрузки в статическом режиме при параллельной работе вводят дополнительные управляющие сигналы J3O внеш­ние, астатические контуры регулирования амплитуды н фазы выходного напряже­ния каждого преобразователя.

Применение разностей только активных и реактивных составляющих токов источников соответственно только в амплитудных и только в фазовых каналах регулирования характеризуется независимым влиянием изменений параметров этих контуров на разность активных и реактивных составляющих мощностей источников при параллельной работе. Это упрощает выбор параметров регулято­ров.

Использование разностей амплитуд и фаз токов источников для распределе­ния мощности нагрузки характеризуется влиянием величины и характера нагрузки на равномерность ее распределения и взаимовлиянием параметров амплитудных и фазовых каналов регулирования' тга разность активных и реактивных мощнос­тей источников. Выбор параметров регуляторов в этом случае неоднозначен и представляет собой уже некоторую область для каждой допустимой неравномер­ности загрузки. Более равномерным распределением будет обладать данный способ по сравнению с предыдущим при величине нагрузки меньше номинальной.

Зависимость точности распределения составляющих мощностей от плра-Meipon нагрузки определила возможность использования параметров тчрулен нри формировании сигналов обратной связи по выравниванию мощности. Такой способ управления преобразователями предусматривает использование разности и активных и реактивных составляющих токов источников и в амплитудных, и я фазовых каналах регулирования, умноженных соответственно на cos и sin функции от угла нагрузки.

Данный способ управления преобразователями при параллельной работе об­ладает особенностью, обусловленной тем, что при %, = я/4 получается эквивалент­ный режим без управления распределением мощности.

Существенно повысить равномерность распределения мощности нагрузки в статическом режиме позволяет способ управления, при котором разность и ак­тивных , и реактивных составляющих токов источников используется одновре­менно в амплитудных, и в фазовых каналах регулирования [2].

По точности стабилизации действующего значения и фазы напряжения на обшей нагрузке рассмотренные способы управления не снижают ее по отношению к раздельной работе. При распределении мощности между истопниками по мето­дам ведущей системы или мнимоастатическнх характеристик точность стабилиза­ции определяется регулятором ведущего преобразователя, а при методе мнимого статизма точность стабилизации повышается за счет усреднения эталонных сигна­лов амплитудных и фазовых каналов регулирования.

Для уменьшения "провала" и "выброси" выходного напряжения параллельно работающих источников при коммутации обшей нагрузки следует вводить ком­пенсирующие управляющие воздействия bo внутренний, более быстродействую­щий контур регулирования систем управления НПЧ. Исследовались следующие структуры введения компенсирующих воздействий:

1.  Положительная обратная связь по сумме токов источников.

2.  Положительная обратная связь по сумме токов преобразователей.

3. Положительная обратная  связь  по  собственным токам   источников в сочетании с отрицательной обратной связью по уравнительному току  между источниками.

Проведенные на модели расчеты и экспериментальные исследования показа­ли, что наиболее эффективными с точки зрения компенсации возникающего в си­стеме возмущения являются первая и третья структуры внутреннего контура регу­лирования преобразователей, позволяющие в 1,5+2 раза снизить величину измене­ния напряжения на общей нагрузке при ее коммутации. При этом величина "пропала" и "выброса" составляла 15+25 % по отношению к номинальному значению. При активном характере нагрузки компенсация наибольшая и снижает­ся при увеличении индуктивной составляющей тока нагрузки.

1. 3. Повышение равномерности распределения мощности нагрузки между параллельно работающими источниками стабильной частоты

После выполнения условий включения, преобразователей на параллельной работу - синхронная и синфазная работа друг с другом или с общей сетью - возникает необходимость управления распре­делением мощности нагрузки между источниками и, прежде всего, в системах электроснабжения с высокой точностью стабилизации пара­метров выходного напряжения, где используются астатические регуляторы.

Дня достижения статизма внешних характеристик в таких системах при перехода в режим параллельной работы вводят дополнительные обратные связи по разности активных и реактивных составляющих то­ков источников.

При активном характере нагрузки или при активно-индуктивной нагрузке с cosφ_н ≥ 0,8 изменение управлявших сигналов систем управления преобразователями оказывает существенное влияние на активные составляющие токов и в меньшей степени на реактивные составляющие. Изменение фаз управляющих сигналов, наоборот, мало влияет при таком характере нагрузки на изменение активных составляющих токов и существенно перераспределяет реактивные составляющие токов. Поэтому равзностью активных составляющих регулируют амплитуды управляющих сигналов систем управления НПЧ, а разностью реактивных составляющих – фазы параллельной работы двух источников с учетом только основных гармонических составляющих токов и напряжений при вышеописанном способе управления, могут быть представлены в следующем виде:

U_{эт 1 –} U_н – kА₁ ΔI_а = 0

U_{эт2 –} U_н – kА₂ ΔI_а = 0

Ψ_эт1 – Ψ_н – kF₁ ΔI_p = 0

Ψ_эт2 – Ψ_н – kF₂ ΔI_p = 0

Где ΔI_а = I₁cosφ₁ – I₂cosφ₂

ΔI_p = I₁sinφ₁ – I₂sinφ₂

Где I₁, I₂ – токи первого и второго источников;

φ₁, φ₂ – фазы токов источников относительно общего напряжения;

U_н, Ψ_н – стабилизирующее напряжение и фаза напряжения на общей нагрузке;

kА_i, kF_i – коэффициенты, учитывающие глубину обратной связи по регулированию активной и реактивной составляющих токов;

U_{эт 1}, Ψ_эт2 – эталонные сигналы амплитудного и фазового токов;

i = 1,2 – номер источника.

Неравномерность загрузки источников может характеризоваться геометрической суммой разностей активных и реактивных составляющих токов источников:

ΔI_м = √( ΔI_а)² + (ΔI_p)² = √(( U_эт2 - U_{эт 1})/( kА₁ + kА₂))² + ((Ψ_эт2 - Ψ_{эт 1})/( kF₁ + kF₂))²

Однако такой способ управления распределением мощности нагрузки при параллельной работе не является оптимальным в широком диапазоне изменения характера нагрузки, так как при регулировании амплитуд и фаз управляющих сигналов одновременно изменяются активные и реактивные составляющие токов источников.

Пусть сигналы регуляторов, обеспечивающие распределение мощности нагрузки между источниками, состоят из двух частей. Для амплитудных сигналов регулирования первую часть сигнала сформируем пропорционально разности реактивных составляющих токов, а вторую часть – пропорционально разности реактивных составляющих токов данного и другого источников. Для фазовых каналов регулирования первую часть сигнала сформируем пропорционально разности фаз реактивных составляющих токов источников, а вторую – пропорционально разности активных составляющих токов данного и другого источников. Знаки вторых частей сигналов для амплитудных и фазовых каналов сформируем противоположными, а знаки первых частей – одинаковыми и положительными. Для такого способа управления параллельной работой источников статический режим описывается следующей системой уравнений:

U_{эт 1 –} U_н – kА₁ (ΔI_а ± ΔI_p) = 0

U_{эт 2 –} U_н – kА₂ (ΔI_а ± ΔI_p) = 0

Ψ_эт1 – Ψ_н – kF₁(ΔI_а ± ΔI_p) = 0

Ψ_эт2 – Ψ_н – kF₂(ΔI_а ± ΔI_p) = 0

Решая систему уравнений относительно ΔI_а, ΔI_p , получим:

ΔI_а = _½  (( U_эт2 - U_{эт 1})/( kА₁ + kА₂)) ± ((Ψ_эт2 - Ψ_{эт 1})/( kF₁ + kF₂))

ΔI_р = _½  ((Ψ_эт2 - Ψ_{эт 1})/( kF₁ + kF₂) ± ( U_эт2 - U_{эт 1})/( kА₁ + kА₂)

Сравним предложенный способ управления с предыдущим, в котором используется только разность активных или только разность  реактивных составляющих токов источников в амплитудных и фазовых каналах регулирования, с точки зрения равномерности распределения мощности нагрузки. Для этого определим соотношение ΔI_s/ ΔI_м по выражениям:

(ΔI_s)²/(ΔI_м)² = ((ΔI_а)² + (ΔI_р)²)/ ((ΔI_а)² + (ΔI_р)²) = ½

Следовательно, последний способ управления преобразователями частоты при параллельной работе обладает более равномерным распределением мощности нагрузки между источниками и не требует существенных схематических дополнений в системы управления НПЧ.

1. 4. Построение системы регулирования при параллельной работе полупроводниковых преобразователей с синусоидальным стабилизированным выходным напряжением

Рост числа потребителей и технологий, предъяв­ляющих повышенные требования к качеству элект­рической энергии и бесперебойности электропитания, увеличение в энергетическом балансе доли возобнов­ляемых источников энергии вследствие рационально­го использования и экономии топливно-энергетичес­ких ресурсов выдвигает в ряд актуальных задачу со­здания систем генерирования электрической энергии (СГЭЭ), в которых достижение необходимого каче­ства выходной энергии возлагается на статический преобразователь частоты. Требуемый уровень мощ­ностей такого рода источников и систем генериро­вания в настоящее время лежит в диапазоне от еди­ниц и десятков (источники бесперебойного питания) до сотен и тысяч (автономные системы и возобнов­ляемые источники электроэнергии) киловольт-ампер.

Появление и широкое применение в последнее вре­мя мощных, высокочастотных и полностью управля­емых полупроводниковых ключей (IGBT. MOSFf T и IGCT приборы) позволяет унифицировать исполнение статических преобразователей для различных типов первичных источников электроэнергии и стро­ить систему генерирования по модульному принци­пу [1]. Увеличение мощности и повышение надежно­сти электропитания достигается параллельным вклю­чением нескольких стабилизируемых источников-мо­дулей на общую нагрузку.

При модульном построении системы генерирова­ния каждый источник содержит свои контуры регу­лирования (напряжения, тока) и может использовать­ся самостоятельно. С переходом в режим параллельной работы источников возникает задача выбора структуры, системы регулирования отвечающей сле­дующим требованиям:

— не ухудшение качества выходной энергии при переходе от независимой к параллельной работе;

— требуемое распределение мощности нагрузки между источниками;

— минимальное число переключений в системах управления источниками при переходе в режим па­раллельной работы.

Возможны два подхода при построении системы регулирования при параллельной работе полупроводниковых преобразователей.

Первый подход пре­дусматривает работу на общие шины с распределением мощности нагрузки между преобразователями произвольно по их статическим внешним характери­стикам, но с ограничением загрузки каждого преоб­разователя на уровне номинальной или допустимой перегрузочной мощности [2,3]. При таком подходе нет ограничений на количество включаемых парал­лельно модулей и отсутствуют взаимные дополни­тельные связи между системами управления отдель­ных преобразователей, но не всегда достигается не­обходимый уровень стабилизации выходного напря­жения в статическом и особенно в динамических ре­жимах, например при коммутации нагрузки.

В СГЭЭ переменного тока, в которых необходи­мо стабилизировать амплитуду (действующее значе­ние) и фазу выходного напряжения, целесообразно использовать "второй подход при построении систем управления преобразователями, основанный на прин­ципе подчиненного регулирования. При этом вне­шний астатический контур регулирования выполня­ет функцию стабилизации параметров выходного напряжения в установившемся режиме, а внутренний статический — в переходных режимах [4].

Структурная схема внешнего контура регулиро­вания при параллельной работе N источников пере­менного тока на общую нагрузку (Н) изображена на рис. 2. Основу системы управления каждого источни­ка составляет генератор модулирующего напряжения (ГМН), формирующий синусоидальное напряжение одинаковой частоты, задаваемой общим стабилизи­рованным генератором (ЗГ₀).

Рисунок 2 - Структурная схема внешнего контура регулиро­вания при параллельной работе N источников пере­менного тока на общую нагрузку (Н)

Фаза модулирующего напряжения регулируется пропорционально интегралу от разности эталонно­го сигнала (Х^Т) и напряжения постоянного тока, зна­чение которого пропорционально фазе выходного на­пряжения источника, измеренной фазовым детектором (ФД) относительно сигнала общего генератора.

Амплитуда модулирующего напряжения регули­руется пропорционально интегралу от разности эта­лонного сигнала (Х_эт^ф) и средневыпрямленного напря­жения источника.

Выходное напряжение ГМН через систему импульсно-фазового управления (СИФУ) задает комму­тацию ключей в силовой схеме (СС) и тем самым обеспечивает формирование выходного напряжения источника. Для достижения необходимого гармонического состава выходного напряжения на выходе силовой схемы включен фильтр (Ф).

При параллельной работе на общую нагрузку источников с астатическим внешним контуром регу­лирования с точки зрения минимального числа пе­реключений целесообразно сохранить контуры ста­билизации параметров выходного напряжения каждо­го источника, а для распределения мощности нагрузки дополнительно вводить во внешние контуры регули­рования сигналы о параметрах токов источников.

Статический режим параллельной работы Л' ис­точников для каждого стабилизируемого параметра выходного напряжения (Х_вых) описывается системой уравнений:

Х_этi – b_iХ_вых – R_if_i (J₁, J₂, ....J_N ) = 0

Где Х_этi – эталонный сигнал выходного параметра i-го источника;

b_i , R_i — постоянные коэффициенты;

f_i (J₁, J₂, ....J_N ) — функция, зависящая от параметров токов источников и распределяющая мощность на­грузки между ними; i =1,2,..., N.

Введем обозначения

Х_этi = Х_этi / b_i

R_i = R_i / b_i

и преобразуем уравнения  к следующему виду:

Х_этi / R_i - Х_вых/ R_i - f_i (J₁, J₂, ....J_N ) = 0

Выбор функции f_i (J₁, J₂, ....J_N ) для каждого источ­ника неоднозначен. Для распределения активной и реактивной составляющих мощности нагрузки меж­ду модулями можно использовать разность ампли­туд и разность фаз их токов, разность активных и разность реактивных составляющих токов источни­ков и общей нагрузки или их комбинации [4].

Критерием выбора вида функций f_i (J₁, J₂, ....J_N ), задающих структуру обратных связей по распреде­лению мощности нагрузки в статическом режиме, может служить условие

∑ f_i (J₁, J₂, ....J_N ) = 0

При его выполнении стабилизируемый параметр выходного напряжения определится после суммиро­вания всех уравнений выражением:

Х_вых = (∑^N Х_этi П^N R_j ) / ∑^N П^N R_j

Анализ выражения показывает, что точность стабилизации параметра выходного напряжения в статическом режиме при параллельной работе не снижается по сравнению с независимой работой источ­ников. Стабилизируемый параметр будет гарантиро­ванно находиться внутри допустимого диапазона между его максимальным и минимальным значения­ми при возможных сочетаниях эталонных сигналов и постоянных коэффициентов контуров регулирова­ния каждого из источников.

Поясним возможность реализации условия на примере параллельной работы источников перемен­ного тока. Предположим, что для распределения мощности нагрузки между источниками использует­ся линейная комбинация активных составляющих токов источников (I^а_i) в амплитудных каналах регу­лирования и линейная комбинация реактивных со­ставляющих токов (I^p_i) в фазовых каналах регули­рования системы управления (рис. 3). Тогда статичес­кий режим параллельной работы N источников для амплитудных и фазовых каналов регулирования опи­сывается линейной системой уравнений:

FI = X

где I=[I^а(р)₁, I^а(р)₂, ... I^а(р)_N)^Т – вектор  активных или реактивных составляющих токов источников;

F —квад­ратная матрица размера NxN, определяющая структу­ру токовых обратных связей; Х = [Х₁,Х₂,...Х_N]^Т — вектор правых частей уравнения;

X_k = 1/R_k ∑^N Х_этk ^{а(ф)    -}   Х_этi ^а(ф)  П^N R_j) / ∑^N  П^N R_j

Рисунок 3

Для выполнения условия необходимо и доста­точно, чтобы сумма коэффициентов любой строки и любого столбца матрицы F была равна нулю. По­этому существует значительное число вариантов пост­роения матрицы F, удовлетворяющих условию (3) и определяющих структуру токовых обратных связей.

Окончательный выбор конкретного варианта по­строения внешнего контура регулирования и его па­раметров определяется необходимой точностью рас­пределения токов и возможностью технической реа­лизации каждой структуры.

Для уменьшения изменений выходного напряже­ния параллельно работающих источников при ком­мутации общей нагрузки следует вводить компенсирующие управляющие воздействия во внутренний, более быстроденствующий контур регулирования систем управления преобразователями. На рис.3 представлена структурная схема внутреннего конту­ра регулирования при параллельной работе двух ис­точников переменного тока. Она содержит отрица­тельную обратную связь по мгновенному значению выходного напряжения (Фu), предназначенную для уменьшения в спектре напряжения на нагрузке амп­литуд постоянной и низкочастотных гармонических составляющих, отрицательную обратную связь по уравнительному току между источниками (K₁) и по­ложительную компенсирующую связь по сумме то­ков источников (K₂).

Такое сочетание обратной свя­зи по уравнительному току и компенсирующей свя­зи по сумме токов источников уменьшает броски то­ков в источниках и "провалы" и "выбросы" напря­жения на общей нагрузке в переходных режимах. На осциллограммах рис.4  и рис. 5 представлены: напряжение на общей нагрузке (верхняя кривая) и ток нагрузки (нижняя кривая) двух параллельно работающих ма­кетных образцов источников при коммутации на­грузки без токовых связей во внутреннем контуре регулирования преобразователей, а на рис.4 — ана­логичные осциллограммы при наличии токовых свя­зей. Выбор коэффициентов К₁ и К₂ в зависимости от значения возмущения в системе и характера нагруз­ки позволяет скомпенсировать изменение выходно­го напряжения в динамических режимах при актив­ном характере нагрузки и снизить в 1,5—2,0 раза это изменение при увеличении индуктивной составляю­щей тока нагрузки.

Рисунок 4

Рисунок 5

Предложенный принцип построения систем регу­лирования преобразователями при параллельной ра­боте был реализован при разработке авиационных систем генерирования переменного тока с номинальной выходной частотой 400 Гц, номинальным выход­ным напряжением 115 В и номинальной мощностью одного источника до 120 кВ-А. СГЭЭ построена па базе непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, питаемого магнитоэлек­трическим синхронным генератором. Неравномер­ность загрузки каналов генерирования составляющи­ми мощности в статическом режиме не превышала 5% номинальной мощности канала. Основные пока­затели качества выходной энергии соответствовали ГОСТ 19705-81.

2. Способы построения и управления статистическими преобразователями частоты, работающими на параллельно на общую нагрузку

Известен способ управления стати­ческими преобразователями частоты, при котором осуществляется раздель­ное регулирование активной и реакти­вной мощностей, отдаваемой каждым из параллельно включенных преобразовате­лей в нагрузку [1].

Недостатком известного способа яв­ляется возникновение уравнительного тока из-за наличия в спектрах ЭДС преобразователей постоянной, субгармонических и высокочастотных состав­ляющих, которые создают ошибку в оп­ределении мощности основной частоты. В результате в уравнительном токе по­является составляющая основной час­тоты, которая, суммируясь с токами преобразователей, создает неравно­мерность в распределении мощности нагрузки. 

На рис. 6 представлен один из способов управления статическими преобразователями частоты, работающими параллельно на общую нагрузку.

Изобретение состоит в том, что для каждого преобразователя измеряют мгновенные напряжения и тока, формируют эталонный сигнал амплитуды, управляющее напряжение, пропорциональное сигналу сравнения амплитуды, сигнал коррекции, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности распре­деления мощности нагрузки между пре­образователями, измеряют активные и реактивные составляющие мощности преобразователей и нагрузки, для каж­дой составляющей формируют напряже­ния, пропорциональные разности сос­тавляющих мощностей нагрузки и преоб­разователя, и суммируют их с напря­жением преобразователя, указанное формирование сигнала сравнения ампли­туды проводят путем сравнения эталон­ного сигнала амплитуды и суммарного сигнала, соответствующего активным составляющим мощности, формируют эта­лонный сигнал фазы и сравнивают его с суммарным сигналом, соответствую­щим реактивной составляющей мощности, пропорционально результату сравнения формируют фазу управляющего напря­жения, измеряют мгновенное значение тока нагрузки, а указанный сигнал кор­рекции формируют равным разности токов нагрузки и преобразователя.

Рисунок 6

Наиболее близким к изобретению является способ управления преобразователями, работающими на общую нагрузку, который заключается в том, что для каждого преобразователя из­меряют мгновенные значения напряже­ния и тока, формируют эталонный сигнал амплитуды, формируют сигнал срав­нения амплитуды, пропорционально кото­рому формируют управляющее напряже­ние , формируют сигнал коррекции, путем суммирования управляющего нап­ряжения и сигнала коррекции формиру­ют управляющий сигнал 2].

Недостатком этого способа яв­ляется то, что он не обеспечивает ус­тойчивой работы при большом коэффициенте усиления контуров регулирова­ния ведомых преобразователей и при искажениях тока ведущего преобразова­теля, что возможно в режиме прерывистого тока, при наличии выпрямительной или другой нелинейной нагрузки или в аварийных режимах.

На рис. 7 представлен один из способов управ­ления преобразователями частоты, исполь­зуемыми в качестве источников электропи­тания. Цель изобретения — повышение рав­номерности распределения мощности нагруз­ки между преобразователями (П), работаю­щими параллельно. Управление П осуществляется следующим образом. Синхронизатор 22 обеспечивает равенство частот и фаз за­дающих генераторов 3. Вследствие техно­логических разбросов элементов мощность распределяется неравномерно между П. Датчики 10 токов измеряют мгновенные зна­чения токов, которые используются для из­мерения в блоке активной (БА) 11 и блоке реактивной (БР) 12 мощностей. На выходе блоков 14 и 15 вычитания формируются на­пряжения, пропорциональные разности ак­тивных и реактивных составляющих мощ­ностей П. На выходе сумматоров 18—21 формируется часть - суммарных сигналов амплитуды и фазы, обеспечивающая рас­пределение мощности нагрузки. Полученные сигналы поступают на блоки 5, 6 сравнения, на другие входы которых поступают эталон­ные напряжения амплитуды или фазы, а на третьи — амплитуды напряжений, пропор­циональные напряжению на общей нагруз­ке 6. Распределение мощности нагрузки между П происходит за счет регулирования встречных ЭДС.

Изобретение   относится   к   преобразова­тельной технике, а именно к способам управ­ления преобразователями частоты, которые используются в качестве  источников  пере­менного тока стабильной частоты.

Для увеличения мощности системы элект­ропитания и повышения ее надежности ис­точники включаются параллельно.

Цель изобретения — повышение равно­мерности распределения мощности нагрузки между преобразователями в статическом режиме.

На чертеже изображена блок-схема, реализующая способ.

Блок-схема состоит из двух идентичных каналов 1 и 2 генерирования мощности, каждый из которых содержит задающий генератор 3, фазовый детектор 4, блоки срав­нения фазы 5 и амплитуды 6, формирова­тель 7, генератор 8 управляющего напряже­ния, силовой коммутатор 9, датчик 10 мгно­венного значения тока, блоки измерения активной 11 и реактивной 12 мощностей преобразователей и выпрямитель 13. Общими блоками блок-схемы являются блоки 14 и 15 вычитания, инверторы 16 и 17, суммато­ры 18—21, синхронизатор 22 и нагрузка 23.

Управление преобразователями осуществ­ляется следующим образом.

Синхронизатор 22 обеспечивает равенст­во частот и фаз задающих генераторов 3 систем управления. После этого преобразо­ватели включаются параллельно на общую нагрузку. Вследствие технологических и тем­пературных разбросов элементов' системы управления и силовой схемы мощность на­грузки может распределяться между преоб­разователями неравномерно. Датчики 10 токов измеряют мгновенные значения токов преобразователей, которые используфтся в блоках измерения активной 11 и реактив­ной 12 мощностей. На вторые входы боков ной 12 мощностей. На вторые входы блоков измерения поступает мгновенное значение напряжения на общей нагрузке.

Блоки измерения активной 11 и реактив­ной 12 мощностей преобразователей форми­руют сигналы постоянного тока, пропорцио­нальные соответственно одной из составляю­щих мощностей преобразователей.

На выходе блоков 15 и 14 вычитания формируются напряжения, пропорциональ­ные разности активных 11 и реактивных 12 составляющих мощностей преобразователей, знак которых инверторами 17 и 16 изменя­ется на противоположный. Проинвертированные и непроинвертированные напряже­ния поступают далее на сумматоры 21, 18, 19 и 20. На выходе сумматоров формируется часть суммарных сигналов амплитуды или фазы, обеспечивающая распределение мощ­ности нагрузки.

При этом выполняются условия равенства значений коэффициентов пропорциональ­ности составляющих части суммарных сигналов для каждого преобразователя, знаки первых составляющих формируются одина­ковыми, а знаки вторых составляющих сум­марных сигналов амплитуды и фазы форми­руют противоположными. Полученные сиг­налы постоянного тока поступают на соот­ветствующие блоки 5 и 6 сравнения. На вторые входы блоков сравнения поступают эталонные напряжения амплитуды 6 или фазы 5, а на третьи входы — напряжения постоянного тока, пропорциональные ампли­туде напряжения на общей нагрузке, которые формируются выпрямителем 13, или напря­жения с выхода фазового детектора 4, про­порциональные фазе .напряжения на общей нагрузке, измеренной относительно фазы напряжения задающего генератора 3.

Блоки сравнения содержат интегратор, на выходе которого формируется напряже­ние сравнения, путем интегрирования раз­ности соответствующих эталонных и суммарных сигналов. Сигналы сравнения  поступают на входы генератора управляющего напря­жения непосредственно или через формиро­ватель 7. Генератор 8 управляющего на­пряжения формирует переменное напряже­ние, амплитуда которого пропорциональна сигналу сравнения амплитуды, а фаза — про­порциональна сигналу сравнения фазы и мо­жет представлять собой умножитель аналого­вых сигналов по любой из известных схем. Сформированное по фазе и амплитуде пере­менное управляющее напряжение поступает на силовой коммутатор 9, включающий моду­лятор фазы преобразователя частоты, им­пульсный усилитель мощности (выходной каскад системы управления), тиристорную силовую схему, построенную на основе любой из известных выпрямительных схем и выход­ной силовой фильтр. В силовом коммутаторе формируется переменная ЭДС преобразова­телей, частота которой совпадает с частотой напряжения задающего генератора 3 систем управления, а фаза и амплитуда регулируют­ся в соответствии с сигналами схем сравне­ния 5 и 6. Силовой коммутатор преобразует мощность первичного источника питания не­стабильной частоты (Vcr₁, Уcr₂) в мощ­ность переменного тока стабильной частоты.

Изменение амплитуд и фаз ЭДС преоб­разователей происходит в соответствии с сиг­налами обратной связи, вырабатываемыми схемами измерения активной 11 и реактив­ной 12 мощностей, выпрямителем 13 и фазо­вым детектором 4, и позволяет распределять мощность нагрузки между преобразовате­лями при стабилизации амплитуды и фазы напряжения на общей нагрузке. Происходит это потому, что регулирование амплитуды и фазы ЭДС преобразователей в функции параметров разности их мощностей для каж­дого преобразователя осуществляется встреч­ное. При разбалансе, например, активных мощностей амплитуда ЭДС одного преобра­зователя увеличивается, а второго уменьшается, амплитуда напряжения на общей на­грузке при этом не изменяется, а перераспре­деление мощности происходит. Аналогично осуществляется и регулирование фаз ЭДС преобразователей.

Рисунок 7

На рис. 8 представлен способ управления статическими преоб­разователями частоты, работающими па­раллельно на общую нагрузку. Данный способ заключается в том, что формируют сигнал задания выходного напряжения преобразователей, измеряют выходное напряжение преобразо­вателей и формируют сигнал отрицательной обратной связи по напряжению вычитанием сигнала, пропорционального выходному напряжению из сигнала задания, формируют сигнал задания доли тока каждого преоб­разователя в общем токе нагрузки, измеряют выходной ток каждого преобразователя, формируют сигналы обратной связи по току путем вычитания сигнала, пропорционального току каждого преобразователя из сиг­нала задания доли тока для каждого преоб­разователя, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества генерируемой электро­энергии за счет уменьшения отклонения выходного напряжения при изменениях тока  нагрузки и повышения точности распределе­ния тока нагрузки между преобразователя­ми, формируют эталонный сигнал тока на­грузки параллельно работающих преобразо­вателей суммированием сигналов, пропор­циональных токам преобразователей, сигнал задания доли тока для каждого преобра­зователя формируют пропорционально эта­лонному сигналу тока нагрузки с коэффициентом пропорциональности, равным отношению номинального тока данного преобразователя к номинальному току нагрузки параллельно работающих преобразователей и формируют сигнал управления каждым преобразователем суммированием сигналов отрицательной обратной связи по току, на­пряжению  и   сигнала  задания   доли   тока.

Рисунок 8

На рис. 9 представлен способ, целью которого является повышение надежности синхронизации в режиме короткого замыкания нагрузки пре­образователя и при переходе в длительный режим параллельной работы на общую на­грузку при сохранении точности синхронизации в нормальном режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе синхронизации стати­ческого преобразователя частоты и источ­ника переменного тока путем регулирования частоты статического преоб­разователя частоты до уравнивания частот и фаз выходных напряжений статического преобразователя частоты и источника пере­менного тока и подключения источника пе­ременного тока к общей со статическим преобразователя частоты нагрузке форми­руют дополнительный сигнал, совпадаю­щий по частоте и фазе с выходным напряжением статического преобразовате­ля частоты в установившемся режиме, сум­мируют дополнительный сигнал с выходным напряжением преобразователя, причем до­ля выходного напряжения преобразователя в суммарном сигнале существенно больше доли дополнительного сигнала, измеряют , разность фаз выходного напряжения источ­ника переменного тока и суммарного сигна­ла и вышеуказанное регулирование частоты статического преобразователя частоты осу­ществляют по измеренной разности фаз.

На чертеже изображена одна из воз­можных структурных схем, реализующая предлагаемый способ.

Структурная схема состоит из статиче­ского преобразователя частоты (И 1)1 и источника переменного тока (И2)2. Статический преобразователь частоты 1 включает задающий генератор (ЗГ)3. фазо­вый детектор (ФД)4, интегратор 5, преобра­зователь постоянного напряжения в переменное (П)6, систему импульсно-фазового управления (СИФУ)7, первичный ис­точник электрической энергии (ПИ)8, силовую часть статического преобразовате­ля частоты (СПЧ)9, состоящую из силовых ключей: тиристоров или транзисторов, вы­ходной силовой фильтр (СФ)10, сумматор 11. Общими элементами схемы являются ус­тройство синфазной работы (УСР)12, на­грузка (Zh)13 и контактор параллельной работы (Кпр)14.

Изобретение осуществляется следую­щим образом. Задающий генератор 3 системы управления статическим преобразователем формирует переменное напряжение, частота определяется .его времязадающими цепями и сигналом с выхода УСР. Это напряжение поступает на первый сход фазового детектора 4. На его второй вход поступает напряжение с выхода статического преобразователя. Постоянная составляющая на выходе (ФД)4 несет в себе информацию о величине и знаке рассогласования фаз напряжения ЗГ и выходного напряжения статического преобразователя.

Полученная постоянная составляющая интегрируется интегратором 5. Сигнал с выхода интегратора 5 преобразователем постоянного напряжения в переменное 6 преобразуется в импульсный сигнал, совпадающий по частоте с напряжением задающего генератора 3, а по фазе регулируемый постоянным сигналом с выхода интегратора 5.

Система импульсно-фазового управления 7 преобразует переменный сигнал в последовательность импульсов управления, включающих ключи силовой части статического преобразовате­ля частоты 9, которая преобразует энергию первичного источника JB в выходную энергию с параметрами, определяемыми сигна­лом преобразователя 6. Силовой фильтр 10 улучшает качество выходной энергии в на­грузке за счет уменьшения высокочастот­ных составляющих спектра выходного напряжения. Таким образом, режим работы напряжения задающего ге­нератора 3 и выходное напряжение статиче­ского преобразователя совпадают по частоте и фазе.

Рисунок 9

В сумматоре 11 два этих сигналы суммируются, причем UэгК2<UнК1, и поступают на устройство синфазной работы . На другой вход УСР подается выход­ное напряжение источника переменного тока 2. С выхода УСР снимается сигнал, ре­гулирующий частоту задающего генератора статического преобразователя частоты, 8 следовательно, и частоту выходного напря­жения статического преобразователя до ее  уравнивания с частотой источника перемен­ного тока 2. После этого контактор парал­лельной работы  замыкается и источник подключается на общую нагрузку.

В режиме короткого замыкания нагрузки преобразователя его выходное напряже­ние равно нулю. Следовательно, в суммарном сигнале на выходе сумматора будет присутствовать только вторая допол­нительная составляющая, формируемая в  системе управления статическим преобра­зователем. Но, так как эта составляющая совпадала по частоте и фазе с этими же, параметрами выходного напряжения стати­ческого преобразователя, то этой информации в оставшемся суммарном сигнале будет достаточно для работы устройства синфаз­ной работы. Система регулирования частоты "не почувствует" исчезновения на время короткого замыкания выходного напряжения преобразователя.

В нормальном режиме точность синхро­низации будет определяться выходным на­пряжением преобразователя, так как доля выходного напряжения в суммарном сигнале больше доли дополнительного сигнала. Поэтому синхронизация в нормальном уста­новившемся режиме не будет зависеть от наличия в суммарном сигнале дополнительного сигнала.

Наличие в суммарном сигнале дополни­тельной составляющей исключает неустой­чивость длительной параллельной работы и обеспечивает синхронизацию источников, так как для регулирования частоты и фазы используются разные сигналы при переходе на параллельную работу: напряжение на об­щей нагрузке и дополнительный сигнал, входящий а суммарный сигнал преобразо­вателя.

Заключение

Для обеспечения показателей качества выходной энергии источников переменного тока, построенных на базе статических преоб­разователей, их системы управления рекомендуется строить по принципу подчиненного регулирования. Вне­шний астатический контур регулирования дол­жен выполнять функцию стабилизации пара­метров выходного напряжения в установив­шемся режиме, а внутренний статический — в переходном.

Для сохранения точности стабилизации выходных параметров переменного напряже­ния и достижения заданного распределения мощности нагрузки при параллельной работе источников необходимо вводить дополнительные обратные связи по параметрам токов источни­ков во внешние контуры систем управления преобра­зователями с обязательным выполнением условия (3). 3. Для уменьшения бросков тока между источни­ками и изменения мгновенного значения напряжения на общей нагрузке при ее коммутации во внутрен­нем статическом контуре необходимо использовать компенсирующую положительную связь по сумме токов источников в сочетании с отрицательной об­ратной связью по уравнительному току между источ­никами.

В работе рассмотрены следующие способы управления статистическими преобразователями частоты, работающими параллельно на общую нагрузку:

1. Способ синхронизации статического преобразователя частоты и источника переменного тока, заключающийся в том, что регулируют частоту статического преобразователя частоты до уравнивания частот и фаз выходных напряжений статического преобразователя эстеты и источника переменного тока, и подключают источник переменного тока к общей со статическим преобразователем частоты нагрузке, отличающийся тем, что. ; целью повышения надежности синхронизации в режиме короткого замыкания нагрузки преобразователя и при переходе в  длительный режим параллельной работы на общую нагрузку при сохранении точно­сти синхронизации в нормальном режиме, формируют дополнительный сигнал, совпа­дающий по частоте и фазе с выходным на­пряжением статического преобразователя частоты а установившемся режиме, сумми­руют дополнительный сигнал с выходным напряжением преобразователя, причем доля выходного напряжения преобразователя в сум­марном сигнале существенно больше доли дополнительного сигнала, измеряют раз­ность фаз выходного напряжения источни­ка переменного тока и суммарного сигнала и регулирование частоты статического пре­образователя частоты осуществляют по из­меренной разности фаз.

2. Способ управления двумя статическими преобразователями частоты, работающими параллельно на общую нагрузку, состоящий в том, что измеряют мгновенные значения напряжения на общей нагрузке и токов пре­образователей, измеряют активные и реак­тивные составляющие мощностей преобразо­вателей, формируют эталонные напряжения амплитуды и фазы управляющего сигнала, формируют суммарные сигналы амплитуды и фазы управляющего сигнала, одна состав­ляющая которых пропорциональна соответст­венно амплитуде или фазе напряжения на общей нагрузке, формируют сигналы сравне­ния амплитуды и фазы путем интегрирования разности соответствующих эталонных напряжений и суммарных сигналов, пропорционально соответствующим сигналам срав­нения формируют амплитуду и фазу управ­ляющего сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности распределения мощности нагрузки между преобра­зователями в статическом режиме, для каж­дого преобразователя формируют напряже­ния, пропорциональные разности активных и реактивных мощностей преобразователей, вторую составляющую суммарного сигнала амплитуды формируют из двух частей, пер­вая из которых пропорциональна напряже­нию, соответствующему разности активных мощностей преобразователей, а вторая пропорциональна напряжению, соответствующе­му разности реактивных мощностей преоб­разователей, вторую составляющую суммар­ного сигнала фазы формируют из двух час­тей, первая из которых пропорциональна напряжению, соответствующему разности реактивных мощностей преобразователей, а вторая пропорциональна напряжению, со­ответствующему разности активных мощ­ностей преобразователей, значения коэффи­циентов  пропорциональности полученных составляющих для каждого преобразователя формируют равными, знаки коэффициентов пропорциональности первых частей суммар­ных сигналов формируют одинаковыми и положительными, а знаки коэффициентов пропорциональности вторых частей суммарных сигналов амплитуды и фазы формируют противоположными.

3. Способ управления статическими преоб­разователями частоты, работающими па­раллельно на общую нагрузку, заключаю­щийся в том, что формируют сигнал задания выходного напряжения преобразователей, измеряют выходное напряжение преобразо­вателей и формируют сигнал отрицательной обратной связи по напряжению вычитанием сигнала, пропорционального выходному напряжению из сигнала задания, формируют сигнал задания доли тока каждого преоб­разователя в общем токе нагрузки, измеряют выходной ток каждого преобразователя, формируют сигналы обратной связи по току путем вычитания сигнала, пропорционального току каждого преобразователя из сиг­нала задания доли тока для каждого преоб­разователя, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества генерируемой электро­энергии за счет уменьшения отклонения выходного напряжения при изменениях тока  нагрузки и повышения точности распределе­ния тока нагрузки между преобразователя­ми, формируют эталонный сигнал тока на­грузки параллельно работающих преобразо­вателей суммированием сигналов, пропор­циональных токам преобразователей, сигнал задания доли тока для каждого преобра­зователя формируют пропорционально эта­лонному сигналу тока нагрузки с коэффициентом пропорциональности, равным отношению номинального тока данного преобразователя к номинальному току нагрузки параллельно работающих преобразователей и формируют сигнал управления каждым преобразователем суммированием сигналов отрицательной обратной связи по току, на­пряжению и сигнала задания доли тока.

4. Способ управления статическими преобразователями частоты, работа­ющими параллельно на общую нагруз­ку, состоящий в том, что для каждого преобразователя измеряют мгновенные значения напряжения и тока, формиру­ют  эталонный сигнал амплитуды, сигнал сравнения амплитуды, управляющее напряжение, пропорциональное сигна­лу сравнения амплитуды, сигнал кор­рекции, формируют управляющий сигнал путем суммирования управляюще­го напряжения и сигнала коррекции, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности распре­деления мощности нагрузки между пре­образователями, измеряют активные и реактивные составляющие мощности преобразователей и нагрузки, для каж­дой составляющей формируют напряже­ния, пропорциональные разности сос­тавляющих мощностей нагрузки и преоб­разователя, и суммируют их с напря­жением преобразователя, указанное формирование сигнала сравнения ампли­туды проводят путем сравнения эталон­ного сигнала амплитуды и суммарного сигнала, соответствующего активным составляющим мощности, формируют эта­лонный сигнал фазы и сравнивают его с суммарным сигналом, соответствую­щим реактивной составляющей мощности, пропорционально результату сравнения формируют фазу управляющего напря­жения, измеряют мгновенное значение тока нагрузки, а указанный сигнал кор­рекции формируют равным разности токов нагрузки и преобразователя.

Список литературы

1. Бородин Н.И. Способ синхронизации статического преобразователя частоты и источника переменного тока // Патент РФ № 2016462. Опубл. 15.07.94. Бюл. № 13.

2.Бородин Н.И. Повышение равномерности распределения мощности нагрузки между параллельно работающими источниками стабильной частоты // Труды 2-й межд4. науч.-техн, конф. АПЭП - 94. - Том 7. - Преобразовательная техника. – Новосибирск, 1994.

3.Харитонов С.А. Интегральные параметры и характе­ристики инверторов напряжения в составе систем генери­рования переменного тока типа "переменная скорость — постоянная частота" для ветроэнергетических установок// Научный вестник НГТУ. 1999. №2 (7). С.92—120.

4.Розанов Ю,К. Параллельная работа преобразователей постоянного тока// Электротехника. 1982. №4. С.37—39.

5.Розанов Ю.К. Полупроводниковые преобразователи со звеном повышенной частоты. М.: Энергоатомиздат, 1987.

6.Бородин Н.И. Статический и динамический режимы параллельно работы НПЧ ЕК на общую нагрузку // Тру­ды III международной НТК" Актуальные проблемы электронного приборостроения"АПЭП-96". Т. 8. "Силовая элек­троника". Новосибирск, 1996. С.73—74.

7.Харитонов С.А., Грабовецкий Г.В., Зиновьев Г.С. Преобразователи частоты для мощных ветроэнергетических установок с переменной скоростью вращения ветровой турбины// Техническая термодинамика. Тематический выпуск. – Киев, 2001. – с. 7-12.

8. Бородин Н.И. Параллельная работа полупроводниковых преобразователей переменного тока стабильной частоты на общую нагрузку // Труды VI-й международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения». АПЭП-2002. – Новосибирск, 2002. – с. 105-108.

9. Харитонов С.А., Бородин Н.И. Особенности параллельной работы на общую нагрузку преобразователей частоты с синусоидальным стабилизированным выходным напряжением // Техническая термодинамика. Ч.7.: Силовая электроника и энергоэффективность. – Киев, 2002. – с. 48-51.

10. Харитонов С.А., Берестов В.М. О построении системы регулирования при параллельной работе полупроводниковых преобразователей с синусоидальным стабилизированным выходным напряжением // Электротехника, 2002. - № 12.- с. 17-21.