устройство для обеспечения параллельной работы автономных инверторов солнечных электростанций

Формула изобретения

Устройство для обеспечения параллельной работы автономных инверторов солнечных электростанций, содержащее инверторы и однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены последовательно на общую нагрузку, отличающееся тем. что в качестве трансформатора использован трансформатор с вращающимся магнитным полем, с двумя первичными обмотками, каждая из которых имеет среднюю точку и три вторичные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 120° и соединенные по схеме «звезда», выводы которых являются выводами устройства для подключения трехфазной нагрузки, притом к каждой из первичных обмоток подключены однофазные автономные инверторы напряжения, причем первый входной зажим первого однофазного инвертора соединен с эмиттер-коллекторными переходами транзисторов, а эмиттеры соединены с началом и концом первой первичной обмотки, второй входной зажим первого однофазного инвертора подключен к средней точке первой первичной обмотки, параллельно ко входным зажимам первого однофазного инвертора подключен первый входной конденсатор, первый входной зажим второго однофазного инвертора соединен с эмиттер-коллекторными переходами транзисторов, а эмиттеры соединены с началом и концом второй первичной обмотки, второй входной зажим второго однофазного инвертора подключен к средней точке второй первичной обмотки, параллельно входным зажимам второго однофазною инвертора подключен второй входной конденсатор, первая и вторая системы управления содержат генератор пилообразного напряжения, датчик напряжения, формирователь импульсов, сумматор сигналов и распределитель импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения первой системы управления подключен к первому входу формирователя импульсов первой системы управления, на второй вход которой подключен выход сумматора сигналов первой системы управления, на первый вход сумматора сигналов подключен выход датчика напряжения первой системы управления, вход которого подключен ко входным зажимам первого однофазного инвертора, выход формирователя импульсов первой системы управления через распределитель импульсов первой системы управления подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора, выход генератора пилообразного напряжения второй системы управления подключен к первому входу формирователя импульсов второй системы управления, на второй вход которой подключен выход сумматора сигналов второй системы управления, на первый вход сумматора сигналов второй системы управления подключен выход датчика напряжения второй системы управления, вход которого подключен ко входным зажимам второго однофазного инвертора, выход формирователя импульсов второй системы управления через распределитель импульсов второй системы управления подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов второго однофазного инвертора, к выходам вторичных обмоток подключен вход трансформаторно-выпрямителыного блока, первый выход которого подключен ко второму входу сумматора сигналов первой системы управления, а второй выход трансформаторно-выпрямительного блока подключен ко второму входу сумматора сигналов второй системы управления, первый выход источника управляющих сигналов подключен ко входу генератора пилообразного напряжения первой системы управления, второй выход источника управляющих сигналов подключен на вход генератора пилообразного напряжения второй системы управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, а именно к управлению автономными инверторами, включенными параллельно на общую нагрузку.

Известное устройство для обеспечения параллельной работы автономных инверторов (а.с № 640393, 1978 г.) содержит блок логики, ключи, делитель напряжения, интеграторы, нуль-орган и блоки формирования и усиления импульсов. Недостатками устройства являются низкая надежность и сложность системы управления.

Наиболее близким по техническому решению является устройство основанное на способе геометрического суммирования выходных напряжений инверторов содержащее инверторы и однофазные трансформатора, вторичные обмотки которых соединены последовательно на общую нагрузку (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992, с.161, рис.3.27,а).

Недостатком устройства является работа на однофазную нагрузку и низкое быстродействие системы управления.

Техническим результатом поставленной задачи является обеспечение параллельной работы однофазных инверторов на трехфазную нагрузку и повышение быстродействия системы управления.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для обеспечения параллельной работы автономных инверторов солнечных электростанций содержащем инверторы и однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены последовательно на общую нагрузку согласно изобретению в качестве трансформатора использован трансформатор с вращающимся магнитным полем, с двумя первичными обмотками каждая из которых имеет среднюю точку и три вторичные обмотки сдвинутые друг относительно друга на 120° и соединенные по схеме «звезда» выводы которых являются выводами устройства для подключения трехфазной нагрузки, при этом к каждой из первичных обмоток подключены однофазные автономные инверторы напряжения, причем первый входной зажим первого однофазного инвертора соединен с эмиттер-коллекторными переходами транзисторов, а эмиттеры соединены с началом и концом соответственно первой первичной обмотки, второй входной зажим первого однофазного инвертора подключен к средней точке первой первичной обмотки, параллельно ко входным зажимам первого однофазного инвертора подключен первый входной конденсатор, первый входной зажим второго однофазного инвертора соединен с эмиттер-коллекторными переходами транзисторов, а эмиттеры соединены с началом и концом соответственно второй первичной обмотки, второй входной зажим второго однофазного инвертора подключен к средней точке второй первичной обмотки, параллельно входным зажимам второго однофазного инвертора подключен второй входной конденсатор, первая и вторая системы управления содержат генератор пилообразного напряжения, датчик напряжения, формирователь импульсов, сумматор сигналов и распределитель импульсов причем, выход генератора пилообразного напряжения первой системы управления подключен к первому входу формирователя импульсов первой системы управления, на второй вход которой подключен выход сумматора сигналов первой системы управления, на первый вход сумматора сигналов подключен выход датчика напряжения первой системы управления, вход которого подключен ко входным зажимам первого однофазного инвертора, выход формирователя импульсов первой системы управления через распределитель импульсов первой системы управления подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора, выход генератора пилообразного напряжения второй системы управления подключен к первому входу формирователя импульсов второй системы управления, на второй вход которой подключен выход сумматора сигналов второй системы управления, на первый вход сумматора сигналов второй системы управления подключен выход датчика напряжения второй системы управления, вход которого подключен ко входным зажимам второго однофазного инвертора, выход формирователя импульсов второй системы управления через распределитель импульсов второй системы управления подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов второго однофазного инвертора, к выходам вторичных обмоток подключен вход трансформаторно-выпрямительного блока, первый выход которого подключен ко второму входу сумматора сигналов первой системы управления, а второй выход трансформаторно-выпрямительного блока подключен ко второму входу сумматора сигналов второй системы управления, первый выход источника управляющих сигналов подключен ко входу генератора пилообразного напряжения первой системы управления, второй выход источника управляющих сигналов подключен на вход генератора пилообразного напряжения второй системы управления.

Новизна предложенного технического решения заключается в том, что в устройстве использован трансформатор с вращающимся магнитным полем содержащий две первичные обмотки каждая из которых имеет средние точки и три вторичные обмотки сдвинутые друг относительно друга на угол 120°, а так же системы управления осуществляющие контроль уровня напряжения на входах инверторов и выходе устройства.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная схема устройства для обеспечения параллельной работы автономных инверторов солнечных электростанций; на фиг.2 - диаграммы напряжений поясняющие принцип работы устройства для обеспечения параллельной работы автономных инверторов солнечных электростанций; фиг.3 - схема размещения обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем в пазах его тороидальной части

Устройство для обеспечения параллельной работы автономных инверторов солнечных электростанций состоит из: трансформатора 1, который содержит две первичные обмотки 2 и 3, с выводами 4, 5, 6 и 7, 8, 9 соответственно, размещенные на тороидальной части трансформатора 1 и сдвинутые в пространстве друг относительно друга под углом 90°, три вторичные обмотки 10, 11, 12 трансформатора 1 размещены под углом 120° и соединены по схеме «звезда» (фиг.3), а их выходы являются выводами устройства для подключения трехфазной нагрузки А, В, С. Выводы 4, 5, 6 и 7, 8, 9 так же являются выходами первого 13 и второго 14 однофазного автономного инвертора соответственно, входы 15 и 16 однофазного автономного инвертора 13, а так же входы 17 и 18 второго однофазного автономного инвертора 14 служат для подключения к фотоэлементам солнечных электростанций, являющихся источниками напряжения постоянного тока. Параллельно входам 15, 16 и 17, 18 автономных инверторов 13 и 14 подключены входные конденсаторы 19 и 20 соответственно. Начало 4 и конец 6 первой первичной обмотки 2 через эмиттер-коллекторные переходы транзисторов 21 и 22 подключены к положительной клемме 15 первого источника напряжения постоянного тока, начало 7 и конец 9 второй первичной обмотки 3 через эмиттер-коллекторные переходы транзисторов 23 и 24 подключены к положительной клемме 17 второго источника напряжения постоянного тока. Первая система управления 25 содержит генератор пилообразного напряжения 26, формирователь импульсов 27, датчик напряжения 28, распределитель импульсов 29, сумматор сигналов 30, причем выход генератора пилообразного напряжения 26 подключен к первому входу формирователя импульсов 27, на второй вход которой подключен выход сумматора сигналов 30, на первый вход сумматора сигналов 30 подключен датчик напряжения 28, вход датчика напряжения 28 подключен к входным зажимам 15 и 16 однофазного инвертора 13, выход формирователя импульсов 27 через распределитель импульсов 29 подключен к управляющим электродам первого 21 и второго 22 транзисторов однофазного инвертора 13. Вторая система управления 31 содержит генератор пилообразного напряжения 32, формирователь импульсов 33, датчик напряжения 34, распределитель импульсов 35, сумматор сигналов 36, причем выход генератора пилообразного напряжения 32 подключен к первому входу формирователя импульсов 33, на второй вход которой подключен выход сумматора сигналов 36, на первый вход сумматора сигналов 36 подключен выход датчика напряжения 34, вход датчика напряжения 34 подключен к входным зажимам 17 и 18 однофазного инвертора 14, выход формирователя импульсов 33 через распределитель импульсов 35 подключен к управляющим электродам первого 23 и второго 24 транзисторов однофазного инвертора 14. Ко входу генератора пилообразного напряжения 26 подключен первый выход источник управляющих сигналов 37, второй выход которого подключен ко входу генератора пилообразного напряжения 32. Вход трансформаторно-выпрямительного блока 38 подключен к выходам устройства А, В, С, а первый его выход ко второму входу сумматора сигналов 30, второй выход трансформаторно-выпрямительного блока 38 подключен ко второму входу сумматора сигналов 36.

Устройство для обеспечения параллельной работы автономных инверторов солнечных электростанций работает следующим образом. Напряжение постоянного тока от источников напряжения постоянного тока подается к входным зажимам 15, 16 и 17, 18 автономных инверторов 13 и 14. При попеременной работе транзисторов 21 и 22, 23 и 24 в первичных обмотках 2 и 3 протекает пульсирующий ток который наводит переменные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ в магнитопроводе трансформатора 1 (фиг.2д, е) которые образом круговое вращающееся магнитное поле с суммарным магнитным потоком Ф ₁ (фиг.2, ж) действие которого наводит трехфазную систему ЭДС на выходах устройства А, В, С. При дестабилизирующих факторах на входных зажимах 15, 16 и 17, 18, а так же выходах А, В, С системы управления 25 и 31 обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

Источник управляющих сигналов 37 задает начальный угол кривой генератора пилообразного напряжения 26 ₁=0, и для генератора пилообразного напряжения 32 ₁= /2.

Система управления 25 работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения 26 генерирует опорный сигнал u_ГПН1 (фиг.2, а), который поступает на первый вход формирователя импульсов 27. Сумматор сигналов 30 формирует сигнал u_СС1=(u_ДН1+u_ТВБ)/2, который поступает на второй вход формирователя импульсов 27, при сравнении двух сигналов u_СС1 и u_ГПН1, в случае когда u_ГПН1>u_СС1 формируется управляющий сигнал u_ФИ1 (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 29 поступает на управляющие электроды транзистора 21 или 22 (фиг.2, в, г). Аналогично системе управления 25 работает система управления 31 на выводах распределителя импульсов 35 формируются импульсы управления транзисторов 23 и 24.

При уменьшении уровня напряжения на выходах устройства А, В, С уменьшается напряжение u_CC и как следствие величина сигнала и_СC систем управления 25 и 31 (фиг.2з) тем самым увеличивая время открытого состояния транзисторов однофазных автономных инверторов 13 и 14, что увеличивает величину суммарного магнитного потока от Ф ₂ до Ф ₂ (фиг.2, к) и соответственно напряжение на выходах устройства А, В, С.

При уменьшении уровня входного напряжения одного из однофазных автономных инверторов 13 или 14, уменьшается уровень напряжений ц_ДН1 или u _ДН2 и, как следствие, величина сигнала и_СС1 или ц_СС2 (фиг.2 л, показано для системы управления 25) тем самым увеличивая время открытого состояния транзисторов однофазного автономного инвертора 13 или 14 соответственно, что увеличивает величину магнитного потока от Ф₁ до Ф ₁ (фиг.2, н, показано для системы управления 25), тем самым стабилизируя величину суммарного магнитного потока Ф . При этом другая система управления работает без изменений.

Использование трансформатора с вращающимся магнитным полем, содержащего две первичные и три вторичные обмотки, двух систем управления автономными инверторами обеспечивающих контроль напряжения на их входах и выходах устройства А, В, С, выгодно отличает предложенное устройство от известных обеспечивая параллельную работу однофазных автономных инверторов на трехфазную нагрузку и повышение быстродействие системы управления по стабилизации напряжения.