RU2016462C1

RU2016462C1 - Method of synchronization of static frequency converter and a c power supply source

Info

Publication number: RU2016462C1
Authority: RU
Inventors: Н.И. Бородин
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: in compliance with method additional signal coinciding in frequency and phase with output voltage of converter is formed. Additional signal is summed up with output voltage of converter. In this case portion of output voltage in summary signal is bigger than that of additional signal. Difference of phase is measured by obtained summary signal and output voltage of source. Frequency of static converter is regulated by difference of phases till frequencies and phases of synchronized voltages are levelled. EFFECT: enhanced efficiency of synchronization. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для синхронной и синфазной работы источников переменного тока стабильной частоты, применяемых в системах гарантированного питания, при независимой и параллельной работе на общую нагрузку. The invention relates to electrical engineering and can be used for synchronous and in-phase operation of stable frequency alternating current sources used in guaranteed power systems, with independent and parallel operation at a total load.

Известен способ синхронизации источников переменного тока, заключающийся в контроле величины угла разности фаз синхронизируемых напряжений через заданное время, не превышающее минимальное время срабатывания автомата, при этом при выходе величины угла разности фаз на заданное значение формируют сигнал о нарушении синхронной и синфазной работы. A known method of synchronizing AC sources, which consists in controlling the magnitude of the angle of the phase difference of the synchronized voltages after a predetermined time, not exceeding the minimum response time of the machine, while when the output value of the angle of the phase difference reaches a predetermined value, a signal is generated about the violation of synchronous and common mode operation.

Недостатком этого способа является нарушение синхронизации источников в режимах короткого замыкания нагрузки из-за отсутствия хотя бы одного из напряжений или при переходе в режим параллельной работы после объединения выходных зажимов источников вследствие использования в качестве одного из источников статического преобразователя частоты. The disadvantage of this method is the violation of the synchronization of sources in short-circuit conditions due to the absence of at least one of the voltages or when switching to parallel operation after combining the output terminals of the sources due to the use of a static frequency converter as one of the sources.

Известен другой способ синхронизации источника переменного тока и статического преобразователя частоты типа инвертор перед включением на параллельную работу путем измерения векторов выходных фазных напряжений источника переменного тока и инвертора, формирования суммы или разности измеренных векторов, суммирования полученной разности или суммы с каждой половиной вектора линейного напряжения источника переменного тока, и по разности амплитуд полученных векторов регулирования фазы выходного напряжения инвертора. There is another way to synchronize an AC source and a static frequency converter of the inverter type before switching on to parallel operation by measuring the vectors of the output phase voltages of the AC source and the inverter, forming the sum or difference of the measured vectors, summing the obtained difference or sum with each half of the linear voltage vector of the AC source current, and the difference in the amplitudes of the obtained control vectors of the phase of the output voltage of the inverter.

Недостатками существующего способа являются его реализация только в многофазной системе выходных напряжений, влияние несимметрии напряжений на точность синхронизации, нарушение синхронизации при отсутствии одного из выходных напряжений в режиме короткого замыкания нагрузки и при переходе в режим длительной параллельной работы на общую нагрузку. The disadvantages of the existing method are its implementation only in a multiphase system of output voltages, the influence of voltage asymmetry on the accuracy of synchronization, violation of synchronization in the absence of one of the output voltages in the short-circuit mode of the load and in the transition to long-term parallel operation to the common load.

Кроме того, известен способ синхронизации статического преобразователя частоты типа инвертор и источника переменного тока, являющийся прототипом предлагаемого изобретения, обеспечивающий синхронизацию статического преобразователя частоты и источника переменного тока (синхронного генератора) путем уравнивания частот, величин и фаз их выходных напряжений после разгона генератора до частоты, меньшей номинальной, определения момента совпадения фаз преобразователя и генератора, регулирования частоты преобразователя по разности фаз источника и преобразователя, и после уравнивания величин синхронизируемых напряжений подключения источника к общей с преобразователем нагрузке. In addition, there is a method of synchronizing a static frequency converter of the inverter type and an alternating current source, which is the prototype of the present invention, which provides synchronization of a static frequency converter and an alternating current source (synchronous generator) by equalizing the frequencies, magnitudes and phases of their output voltages after accelerating the generator to a frequency, less than nominal, determining the moment of coincidence of the phases of the converter and the generator, regulating the frequency of the converter according to the phase difference and and a source of the converter, and after the adjustment values of voltage sources synchronized to a common connection with converter load.

Недостатками этого способа синхронизации является нарушение синхронизации источников в режиме короткого замыкания нагрузки преобразователя и при переходе в длительный режим параллельной работы на общую нагрузку, когда после объединения выходных зажимов источников для регулирования частоты и фазы преобразователя будет использоваться разность фаз одного и того же общего напряжения. Поэтому контур регулирования частоты преобразователя становится разомкнутым и вследствие случайных факторов его частота будет изменяться, что приводит к нарушению синхронизации. The disadvantages of this synchronization method are the violation of the synchronization of sources in the short-circuit mode of the converter load and during the transition to a continuous mode of parallel operation at a common load, when after combining the output terminals of the sources, the phase difference of the same common voltage will be used to control the frequency and phase of the converter. Therefore, the frequency control loop of the converter becomes open and, due to random factors, its frequency will change, which leads to a violation of synchronization.

Таким образом, в режиме короткого замыкания нагрузки преобразователя и в режиме длительной параллельной работы вероятность срыва синхронизации велика и, следовательно, надежность синхронизации низкая. Thus, in the short-circuit mode of the converter load and in the mode of continuous parallel operation, the probability of synchronization failure is high and, therefore, the synchronization reliability is low.

Целью предлагаемого способа 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. The aim of the proposed method is to increase the reliability of synchronization in the short-circuit mode of the converter load and when switching to a long mode of parallel operation to the total load while maintaining synchronization accuracy in normal mode.

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. This goal is achieved by the fact that in the known method of synchronizing a static frequency converter and an alternating current source by adjusting the frequency of the static frequency converter to equalize the frequencies and phases of the output voltages of the static frequency converter and the alternating current source and connecting the alternating current source to a load common with the static frequency converter, additional signal coinciding in frequency and phase with the output voltage of the static converter h frequencies in the steady state, summarize the additional signal with the output voltage of the converter, and the proportion of the output voltage of the converter in the total signal is significantly greater than the share of the additional signal, the phase difference of the output voltage of the AC source and the total signal is measured and the above frequency control of the static frequency converter is carried out according to the measured phase difference .

На чертеже изображена одна из возможных структурных схем, реализующая предлагаемый способ. The drawing shows one of the possible structural diagrams that implements the proposed method.

Структурная схема состоит из статического преобразователя частоты (И1)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 (Zн)13 и контактор параллельной работы (Кпр)14. The block diagram consists of a static frequency converter (I1) 1 and an alternating current source (I2) 2. Static frequency converter 1 includes a master oscillator (ЗГ) 3, a phase detector (PD) 4, an integrator 5, a DC-to-AC converter (П) 6, a pulse-phase control system (SIFU) 7, a primary source of electrical energy (PI) 8 , the power part of a static frequency converter (HFC) 9, consisting of power switches: thyristors or transistors, an output power filter (SF) 10, an adder 11. Common elements of the circuit are a common mode device (USR) 12, a load (Zн) 13 and a contactor parallel work (CRC) 14.

Изобретение осуществляется следующим образом. Задающий генератор 3 системы управления статическим преобразователем формирует переменное напряжение, частота которого определяется его времязадающими цепями и сигналом с выхода УСР. Это напряжение поступает на первый вход 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 8 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, в нормальном режиме работы напряжения задающего генератора 3 и выходное напряжение статического преобразователя совпадают по частоте и фазе. В сумматоре 11 два этих сигнала суммируются, причем UзгК2<UнК1, и поступают на устройство синфазной работы 12. На другой вход УСР подается выходное напряжение источника переменного тока 2. С выхода УСР снимается сигнал, регулирующий частоту задающего генератора статического преобразователя частоты, а следовательно, и частоту выходного напряжения статического преобразователя до ее уравнивания с частотой источника переменного тока 2. После этого контактор параллельной работы 14 замыкается и источник подключается на общую нагрузку 13. The invention is as follows. The master generator 3 of the control system of the static converter generates an alternating voltage, the frequency of which is determined by its timing circuits and the signal from the output of the USR. This voltage is supplied to the first input of the phase detector 4. The voltage from the output of the static converter is supplied to its second input. The constant component at the output (PD) 4 carries information about the magnitude and sign of the phase mismatch of the voltage ZG and the output voltage of the static converter. The resulting DC component is integrated by the integrator 5. The signal from the output of the integrator 5 by a DC / AC converter 6 is converted into a pulse signal that coincides in frequency with the voltage of the master oscillator 3, and phase-regulated by a constant signal from the output of the integrator 5. The pulse-phase control system 7 converts an alternating signal into a sequence of control pulses, including the keys of the power part of the static frequency converter 9, which converts the energy of the primary point 8 into the output energy with the parameters determined by the signal of the converter 6. The power filter 10 improves the quality of the output energy in the load by reducing the high-frequency components of the output voltage spectrum. Thus, in normal operation, the voltage of the master oscillator 3 and the output voltage of the static Converter coincide in frequency and phase. In the adder 11, these two signals are summed, and UzgK2 <Unk1, and are fed to the common mode device 12. The output voltage of the alternating current source 2 is supplied to the other input of the SSR. The signal regulating the frequency of the master oscillator of the static frequency converter is output from the SSR output, and therefore and the frequency of the output voltage of the static converter before it is equalized with the frequency of the AC source 2. After that, the parallel contactor 14 is closed and the source is connected to the total load 13.

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. In the short-circuit mode of the converter load, its output voltage is zero. Therefore, in the total signal at the output of the adder will be present only the second additional component generated in the control system of the static Converter. But, since this component coincided in frequency and phase with the same parameters of the output voltage of the static converter, this information in the remaining total signal will be enough for the common-mode device to work. The frequency control system will not “feel” the disappearance of the inverter output voltage during a short circuit.

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. In normal mode, the synchronization accuracy will be determined by the output voltage of the converter, since the proportion of the output voltage in the total signal is greater than the proportion of the additional signal. Therefore, synchronization in the normal steady state will not depend on the presence of an additional signal in the total signal.

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 в суммарный сигнал преобразователя. The presence of an additional component in the total signal eliminates the instability of long parallel operation and ensures synchronization of sources, since different signals are used to control the frequency and phase when switching to parallel operation: voltage at the common load and an additional signal included in the converter total signal.

Claims

METHOD FOR SYNCHRONIZING A STATIC FREQUENCY CONVERTER AND AC SOURCE, which consists in regulating the frequency of the static frequency converter before equalizing the frequencies and phases of the output voltages of the static frequency converter and AC source, and connect the AC source to the common load with the static frequency converter, that, in order to improve the reliability of synchronization in the short-circuit mode of the load of the Converter and when switching to continuous parallel operation to the total load while maintaining synchronization accuracy in normal mode, form an additional signal that coincides in frequency and phase with the output voltage of the static frequency converter in steady state, add an additional signal with the output voltage of the converter, and the share of the output converter in the total signal is significantly larger than the share additional signal, measure the phase difference of the output voltage of the AC source and the total signal and regulation of the The frequencies of the static frequency converter are carried out according to the measured phase difference.