способ синхронизации статического преобразователя частоты и источника переменного тока

Формула изобретения

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 частоты и источника переменного тока, и подключают источник переменного тока к общей со статическим преобразователем частоты нагрузке, отличающийся тем, что, с 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 в установившемся режиме, суммируют дополнительный сигнал с выходным напряжением преобразователя, причем доля выходного 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.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Таким образом, в режиме короткого замыкания нагрузки преобразователя и в режиме длительной параллельной работы вероятность срыва синхронизации велика и, следовательно, надежность синхронизации низкая.

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.

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 (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.

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.

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 в суммарный сигнал преобразователя.