Диссертация (Повышение эффективности статического преобразователя в электроэнергетических системах с солнечными фотоэлектрическими установками), страница 9

Кроме этого, использование блока преобразованияПарка для перехода от неподвижной системы координат к подвижной системекоординат позволит упростить процесс регулирования инвертора статическогопреобразователя.3.Предложен способ передачи электрической энергии от солнечнойбатареи в сеть переменного тока с коэффициентом мощности близким к единицеи синхронизации статического преобразователя с сетью переменного тока спомощью разработанной двухконтурной системы регулирования инверторастатического преобразователя. При этом солнечная батарея функционирует смаксимально возможной выходной мощностью.

Один из контуров предложеннойсистемы регулирования инвертора статического преобразователя отвечает заформирование сигнала ошибки, характеризующего отклонение напряженияпромежуточного звена постоянного тока СП от заданного значения, а второй – заформирование управляющего сигнала для ШИМ инвертора СП под воздействиемсигнала с выходного датчика тока инвертора СП.723СИНТЕЗ И АНАЛИЗ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ СИЛОВОЙСХЕМЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ3.1 Принцип действия разработанной силовой схемы статическогопреобразователяПри проектировании СП, работающего совместно с СБ, следует выделитьтризадачи.Первойзадачей,определяющейконкурентоспособностьразрабатываемого СП на мировом рынке, является достижение высокогокоэффициента полезного действия и коэффициента мощности.

Вторая задачасвязана с организацией генерирования электрической энергии СБ с максимальновозможной выходной мощностью посредством применения эффективного методаОТММ. Третья задача заключается в необходимости реализовать надежногоспособа борьбы с опасными токами утечки, возникающие при совместной работеСП с СБ.Комплексный анализ, проведенный в первой главе, с учетом достоинствразличных схемотехнических решений составных компонентов СП позволилсинтезировать в совокупности оригинальную силовую схему [128], котораяобеспечивает решение указанных задач.

Разработанная силовая схема СПпредставлена на рисунке 3.1,гдеUвх –напряжение, которое поступает от СБ на вход СП;L1, VT1, VT2, VD1…VD3 – компоненты повышающего конвертера СБ;С1 и С2 – конденсаторы промежуточного звена постоянного тока;VT3…VT6, VD4 и VD5 – компоненты выходного инвертора;А1 – двунаправленный конвертер;L2 и C3 – компоненты выходного синус-фильтра;К1 – выходной контактор;UАБ – напряжение АБ;uвых – выходное напряжение СП.73Рисунок 3.174Рассматриваемая силовая схема СП функционирует следующим образом.При подаче напряжения Uвх от СБ на интервале времени ∆ТК1 происходитнеконтролируемый заряд конденсаторов С1 и С2 промежуточного звенапостоянного тока по цепи: положительный потенциал Uвх – VD1 – C1 – C2 – VD3– отрицательный потенциал Uвх.По окончанию переходного процесса, теоретически, напряжения наконденсаторах С1 и С2 принимают одинаковые значения, согласно следующемувыражению:UС1 = UС2 = Uвх/2;где(3.1)UС1 и UС2 – напряжение на конденсаторах С1 и С2.При этом силовой диод VD1 шунтирует выходной дроссель L1 и силовойдиод VD2, что обеспечивает заряд конденсаторов С1 и С2 с минимальнымипотерями мощности.Следует отметить, что существуют различные алгоритмы переключениясиловых транзисторов VT1 и VT2, один из которых заключается в следующем.На втором интервале времени ∆ТК2 при условии, согласно заданномуалгоритму открывают силовые транзисторы VT1 и VT2 повышающего конвертераСБ.

В результате происходит нарастание тока (iL) в дросселе L1 по цепи:положительный потенциал Uвх –L1 – VT1 – VT2 – отрицательный потенциал Uвх,и соответственно накопление электромагнитной энергии в дросселе L1.Одновременно,конденсаторыС1иС2передаютранеенакопленнуюэлектростатическую энергию через выходной инвертор в нагрузку СП, чтовызывает снижение напряжения UС1 и UС2.В случае, если по каким-то причинам разница напряжений UС2 - UС1принимает значения выше заданной погрешности (∆UC), то на последующеминтервале времени ∆ТК3.1 силовой транзистор VT1 закрывают, а силовойтранзистор VT2 оставляют открытым.75При этом ток iL протекает по цепи: положительный потенциал Uвх – L1 VD2 – С1 – VT2 – отрицательный потенциал Uвх, что обуславливает передачуэлектрической энергии от СБ в конденсатор С1.

В результате напряжение UС1начинает повышаться.Одновременно, на рассматриваемом интервале времени ∆ТК3.1 происходитпередача ранее накопленной электростатической энергии конденсатора С2 ввыходной инвертор СП, что вызывает снижение напряжения UС2. Посредствомрегулирования длительности интервала времени ∆ТК3.1 достигают с погрешностью∆UC выравнивание напряжения UС1 и UС2.В случае, если по каким-то причинам разница напряжений UС1 - UС2принимает значения выше заданной погрешности ∆UC, то уже на интервалевремени ∆ТК3.2 силовой транзистор VT1 оставляют открытым, а силовойтранзистор VT2 закрывают.При этом ток iL протекает по цепи: положительный потенциал Uвх – L1 VТ1 – С2 – VD2 – отрицательный потенциал Uвх, что обуславливает передачуэлектрической энергии от СБ в конденсатор С2. В результате, напряжение UС2начинает повышаться.В то же время, на рассматриваемом интервале времени ∆ТК3.2 происходитпередача ранее накопленной электростатической энергии конденсатора С1 черезвыходной инвертор в нагрузку СП, что вызывает снижение напряжения UС1.Посредством регулирования длительности интервала времени ∆ТК3.2 достигают спогрешностью ∆UC выравнивание напряжения UС1 и UС2.Таким образом, путем регулирования ∆ТК3.1 при UС2 - UС1 ≥ ∆UC или ∆ТК3.2при UС1 - UС2 ≥ ∆UC повышающий конвертер СБ осуществляет выравниваниенапряжений на конденсаторах С1 и С2, которые формируют среднюю точкупромежуточного звена постоянного тока СП.В случае выполнения условия │UС2 - UС1 │< ∆UC интервалы времени ∆ТК3.1и ∆ТК3.2 принимают нулевые значения.76На следующем интервале времени ∆ТК4, согласно заданному алгоритму,закрывают силовые транзисторы VT1 и VT2.

В результате, ток iL протекает поцепи: положительный потенциал Uвх –L1 – VD1 – C1 – C2 – VD2 –отрицательный потенциал Uвх.При этом происходит передача электрической энергии от СБ и ранеенакопленной электромагнитной энергии дросселя L1 в C1 и С2, чтообуславливает спад iL тока и, соответственно, снижение электромагнитнойэнергии дросселя L1, а также рост напряжений UС1 и UС2 и, соответственно,накопление электростатической энергии в конденсаторах С1 и С2.Далее все процессы повторяют с периодом ТК=1/fК, где fК – частотакоммутации повышающего конвертера.Другие возможные алгоритмы коммутации транзисторов VT1 и VT2приведены в научных статьях [129-131].Вслучае,когдавыходноезначениеСБпревышаетнапряжениепромежуточного звена постоянного тока, на интервале времени ∆ТК5 силовойдиод VD1 шунтирует выходной дроссель L1 и силовой диод VD2, чтообеспечивает заряд конденсаторов С1 и С2 с минимальными потерями мощностипо цепи: положительный потенциал Uвх – VD1 – C1 – C2 – VD3 – отрицательныйпотенциал Uвх, минуя входной дроссель L1 и силовой диод VD2.Посредством ШИМ, путем изменения длительности ∆ТК2, ∆ТК4 и возможныхинтервалов времени ∆ТК3.1 или ∆ТК3.2 регулируют ток iL таким образом, чтобы СБгенерировал электрическую энергию с максимально возможной выходноймощностью при учете метода ОТММ.В таблице 3.1 приведены для рассмотренного алгоритма коммутацийобобщенные состояния силовых транзисторов VT1 и VT2, а также текущиеэнергетические процессы в реактивных элементах L1, С1 и С2,гдеWL – электромагнитная энергия дросселя L1;WC – электростатическая энергия конденсатора С1 или С2.77Таблица 3.1СостояниеИнтервал времениТекущие энергетические процессы вреактивных элементахL1C1С2VT1VT2VD1∆ТК1ЗакрытЗакрытОткрыт-Накопление WCНакопление WC∆ТК2ОткрытОткрытЗакрытНакопление WLПередача WCПередача WC∆ТК3.1 при UС2 - UС1 ≥∆UCЗакрыт∆ТК3.1 = 0 при │UС2-UС1│<∆UCОткрытЗакрытНакопление WLНакопление WCПередача WC∆ТК3.2 при UС1 - UС2 ≥ ∆UCОткрыт∆ТК3.2 = 0 при │UС2-UС1│<∆UCЗакрытЗакрытНакопление WLПередача WCНакопление WC∆ТК4ЗакрытЗакрытЗакрытПередача WLНакопление WCНакопление WC∆ТК5ЗакрытЗакрытОткрыт-Накопление WCНакопление WCЗатем выходной инвертор путем заданного алгоритма переключениясиловых транзисторов VT3-VT6 синтезирует однофазное ШИМ напряжение спериодом ТСП следующим образом.На интервале времени ∆ТИ1 = ТИ/2, где ТИ – период ШИМ выходногоинвертора, формируют положительное выходное напряжение посредствомпереключения силовых транзисторов VT3 и VT5.

При этом в течение ∆ТИ1силовой транзистор VT4 открыт, а силовой транзистор VT6 закрыт.На первом интервале времени ∆ТИ1.1 открывают силовой транзистор VT5 иток протекает по цепи: положительный потенциал С1 – VT5 – L2 – параллельнаяцепь «C3– нагрузка СП» – отрицательный потенциал С1.На следующем интервале времени ∆ТИ1.2 силовой транзистор VT5закрывают, а силовой транзистор VT3 открывают. В результате, открытыйсиловой транзистор VT3 совместно с открытым транзистором VT4 создаютнулевую паузу в синтезируемом выходном ШИМ напряжении.В дальнейшем процесс повторяют в течение первого полупериодавыходного напряжения инвертора равного ТСП /2.78Во втором полупериоде отрицательное выходное ШИМ напряжениеформируют на интервале времени ∆ТИ2 = ТИ/2 посредством переключениясиловых транзисторов VT4 и VT6.

При этом в течение интервала времени ∆ТИ2силовой транзистор VT3 открыт, а силовой транзистор VT5 закрыт.На первом интервале времени формирования отрицательной полуволнынапряжения ∆ТИ2.1 открывают силовой транзистор VT6, и ток протекает по цепи:положительный потенциал C2 – параллельная цепь «C3– нагрузка СП» – L2 – VT6– отрицательный потенциал С2.На следующем интервале времени ∆ТИ2.2 силовой транзистор VT6закрывают, а силовой транзистор VT4 открывают. В результате, открытыйсиловой транзистор VT4, совместно с открытым транзистором VT3 создаетнулевую паузу в синтезируемом выходном ШИМ напряжении.В дальнейшем процесс повторяют в течение второго полупериодавыходного напряжения инвертора равного ТСП/2.Обобщенный алгоритм переключения силовых транзисторов VT3-VT6приведен в таблице 3.2, который вырабатывает система управления, согласноразработанному принципу двухконтурной системы регулирования выходногоинвертора, описанного в параграфе 2.3.Таблица 3.2Интервалвремени∆ТИ1.1∆ТИ1.2∆ТИ2.1∆ТИ2.2ВыходноенапряжениеСостояние силового транзистораVT6Текущее значениевыходного напряженияФормирование Закрыт Открыт ОткрытШИМположительнойОткрыт Открыт ЗакрытполуволныЗакрыт+Uвх/2Закрыт0ФормированиеШИМотрицательнойполуволныЗакрытОткрыт-Uвх/2Открыт Открыт ЗакрытЗакрыт0VT3ОткрытVT4Закрыт79VT5Следует отметить, что при формировании положительной полуволнывыходного ШИМ напряжения включенное состояние силового транзистора VT3, апри формировании отрицательной полуволны включенное состояние силовоготранзистора VT4, обеспечивают нулевую паузу при протекании возможногореактивного тока нагрузки.