CC BY
18
УДК 621.314.26
10.20998/2074-272Х.2019.4.05
О.О. Шавьолкiн, В.В. Каплун, 1.О. Шведчикова
УСУНЕННЯ ПОХИБКИ КОНТУРУ РЕГУЛЮВАННЯ СТРУМУ БАГАТОФУНКЦЮНАЛЬНОГО ОДНОФАЗНОГО МЕРЕЖЕВОГО 1НВЕРТОРА
Мета. Усунення похибки контуру регулювання струму твертора шляхом удосконалення його структури та обГрун-тування параметрiв, що сприятиме вiдповiдностi стандарту якост1 струму в точщ тдключення до розподтьчоI мереж навантаження i багатофункщонального мережевого твертора на виходi поновлювального джерела електроенерги Методика. Синтез структури контуру регулювання струму на базi аналiзу процеыв у електричних колах з вико-ристанням комп'ютерного моделювання. Результаты. Одержат залежност1 амплтуди пульсащй вихiдного струму твертора i похибки за основною гармошкою вид напруги на входi твертора, частоти Ш1М i Муктивност1 реактора. Спiввiдношення для визначення значень вхiдноí напруги твертора, iндуктивностi реактору та частоти Ш1М задно напрузi мереж^ максимальних значень струму твертора та амплтуди його пульсацш за сумiщенням функци силового активного фильтра Наукова новизна. Удосконалено структуру контуру регулювання струму зi сполученням пропор-цшно^ iнтегруючоí та диференцiючоí ланок i визначен íX параметри для забезпечення компенсаци збурюючоí ди за завданням i компенсаци похибки струму вiд збурюючо1' ди напруги мережi незалежно вид и значення. Практичне значения. Отриман рШення е основою для проектування перетворювачiв для систем з поновлювальними джерелами електроенерги з покращеною енергоефектившстю. Б1бл. 10, рис. 7.
Ключовi слова: багатофункщональний мережевий швертор, нелшшне навантаження, Ш1М, контур регулювання струму, компенсащя похибки струму, коефщент гармонж, моделювання.
Цель. Устранение погрешности контура регулирования тока инвертора путем совершенствования его структуры и обоснования параметров, что позволит обеспечить соответствие стандарту качества тока в точке подключения к распределительной сети нагрузки и многофункционального сетевого инвертора на выходе возобновляемого источника электроэнергии. Методика. Синтез структуры контура регулирования тока на базе анализа процессов в электрических цепях с использованием компьютерного моделирования. Результаты. Получены зависимости амплитуды пульсаций выходного тока инвертора и ошибки по основной гармонике от напряжения на входе инвертора, частоты ШИМ и индуктивности реактора. Соотношения для определения значений входного напряжения инвертора, индуктивности реактора и частоты ШИМ в соответствии с напряжением сети, максимальными значениями тока инвертора и амплитуды его пульсаций при совмещении функции силового активного фильтра. Научная новизна. Усовершенствована структура контура регулирования тока инвертора с сочетанием пропорционального, интегрирующего и дифференцирующего звеньев и определены их параметры для обеспечения компенсации возмущающего действия по заданию и компенсации погрешности тока от возмущающего действия напряжения сети независимо от его значения. Практическое значение. Полученные решения являются основой для проектирования преобразователей для систем с возобновляемыми источниками электроэнергии и улучшенной энергоэффективностью. Библ. 10, рис. 7. Ключевые слова: многофункциональный сетевой инвертор, нелинейная нагрузка, ШИМ, контур регулирования тока, компенсация ошибки тока, коэффициент гармоник, моделирование.
Вступ. Використання поновлювального джерела електроенерги (ПДЕ) передбачае наявшсть достатньо складного 1 дорогого перетворювального агрегату з вихщним мережевим автономним швертором напруги (А1Н). За природних умов ефектившсть використання обладнання для фотоелектрично! сонячно! батаре! не перевищуе 20% [1]. Для локальних об'екпв (мале тд-приемство, котедж, мшьготель тощо) з живленням навантаження ввд ПДЕ та розпод1льчо! мереж! (РМ) змшного струму шдвищення ефективносп викорис-тання перетворювального агрегату досягаеться засто-суванням багатофункщонального мережевого А1Н з сумщеною функщею силового активного фшьтра (САФ) [1-9] завдяки його цшодобового використання для шдтримки максимального (близького до одинищ) коефщента потужносп у точщ тдключення до РМ.
Типовими ршеннями в контур1 регулювання струму (КРС) багатофункцюнальних А1Н е використання пропорцшно-штегрального (П1) регулятору [1, 3, 4], пропорцшно-резонансного регулятору [1], релейного регулятору струму [1, 2], регулятору на баз1 фаззьлопки [5]. Бшьш розповсюджеш ршення з використанням Ш1М [1, 3, 5-9]. Розбудова КРС з ви-користанням Ш1М достатньо р1зномаштна. Так, в [1, 5] вщхилення Дс струму 1С А1Н вщносно задано-
го значення I*С (ЫС = 1*С - /С) подаеться до пропорцшно-штегрального (П1) регулятора струму. Оскшьки його ефектившсть виявляеться недостатньою, в [1] наведет вар1анти, де до вихвдно! напруги регулятора струму додаеться напруга, пропорцшна напруз1 РМ щ,
або до виходу регулятора струму через ввдповвдш еле*
менти додаються напруги, що пропорцшш / С, 1С та щ.
Даш, що наведеш вище, е недостатшми для сприйняття та ощнки. Так, наводяться осцилограми струм1в 1 показники схем, але не вказуеться, для якого значення (номшального, максимального, мшмально-го). Структури здебшьшого задеклароваш, методики розрахунку параметр1в вщсутш. За нелшшного навантаження струм 1С е неанусо!дальним, компенсуючи спотворення форми струму навантаження 1Ь. За цього струм /1 РМ /1 = 1С - мютить першу гармошку, а ви-щ1 (модуляцшш) гармошки придушуються ф1льтром. Похибка в1дпрацьовування / с призводить до появи у струм1 /] вищих гармошк низького порядку 1 попр-шення гармоншного складу струму, особливо за в1д-носно малих його значень, про що сввдчать осцилограми, наведеш в [3, 4]. Це ускладнюе питання забезпечення в1дпов1дност1 гармоншного складу струму стандартам [10].
© О.О. Шавьолкш, В.В. Каплун, 1.О. Шведчикова
Отже, питання щодо реал!зацп КРС багатофунк-цiональних мережевих А1Н вивчено недостатньо i потребуе додаткового дослвдження.
Мета роботи - усунення похибки контуру регу-лювання струму iнвертора шляхом удосконалення його структури та обгрунтування параметрiв, що сприятиме вiдповiдностi стандарту якосп струму в точцi пвдключення до розподшьчо! мережi наванта-ження i багатофункцiонального мережевого iнвертора на виходi поновлювального джерела електроенергп.
Основш матерiали досл1дження. Розглянемо мостову схему мережевого А1Н (рис. 1) з вихщним ЬС- фiльтром (Су з незначним Я/) у точцi пiдключення до мереж! змiнного струму з напругою щ = U1msin®t i навантаження. Вхвдне коло А1Н мютить сонячну батарею (СБ) з перетворювачем напруги (ПН), що тд-тримуе задане значения напруги и на вход! А1Н.
и
X
с
м
и
С
К4 <»-. К2 | 21 ^г К ^
иь _ ис ~ и1 _ Ь-
(1)
1ндуктившсть Ь реактора А1Н зпдно з ввдносним значенням Ь напруги иЬ (за 1-ю гармошкою) для максимального струму А1Н /Стах Ь = иЬ / и1 = аЬ/Стах / и1 (де и1 - даюче значення напруги РМ), визначимо як
ь=_ь£т_. (2)
а/Ст тах
Вщповвдно, а > 1 + 2Ь.
Спрощена структура КРС зпдно з (1) наведена на рис. 2. Пунктиром показан! кола компенсаций Тм - мала некомпенсована стала часу А1Н, що визна-чаеться частотою Ш1М. Коефщенти к, ], компенсува-льш ланки ДК ! К розглядаються дал!.
ДК Ц
I__.1
I----
кк
Тр+1
I
А1Н
Навантаження\
Рис. 1. Структура силових кш А1Н за тдключенням до мереж! ! навантаження
Робота А1Н паралельно з РМ в режим! джерела струму передбачае виконання умови и = аи1т (а>1) [6, 9]. Швидшсть змшювання вихщного струму А1Н ё1С/Л при цьому повинна перевищувати максимальне значення вщносно завдання струму Ж С М. У раз! фо-рмування синусо1дального струму максимальне значення (Ж С М)тах = а/Сттах (а = 2я/"- кутова частота, / = 50 Гц, /Сттах - ампл1туда для максимального значення 1Стах струму А1Н). Значення ё1С/Л визначаеться напругою на вихщному реактор! А1Н
Л '
де иС - напруга А1Н.
Найменше значення иЬ мае мюце за щ = и1т ! иь = и - и1т = Ь®/Сттах. ЗвЩСТ а > 1 + Ьа/оттах / и1т.
При сумщенш функцп САФ ! робот! на нелшш-не навантаження форма струму А1Н спотворюеться, ! значення а визначатиме можливють вадпрадювання максимального значення (й1 С /<Л)тах без похибки. За несинусо!дального 1Ь додаються гармошки з кратшс-тю I = 1, 3, 5,... та амплгтудою /т({} = /т(\) /I. Для на-ближено! оцшки врахуемо найбшьшу з них 3-ю гармошку. Приймаемо 4(1) = /сттах, тод!
а _ 1 Ьа/Ст тах 3Ьа/Ст тах _ 1 ^ 2 Ьа/Ст тах
Рис. 2. Контур регулювання струму А1Н
Зпдно рис. 2 постшно дшчим збурюючим впли-вом, що обумовлюе «статичну» похибку вщпрацьову-вання струму, е напруга щ, навиъ за I С = 0.
Типовим нелшшним навантаженням локальних об'екпв е некероваш випрямляч! (зазвичай, з вихвд-ним емшсним фшьтром) у склад! оргтехшки та побу-тових прилад!в, як! споживають струм 1У !мпульсно! форми. За цього тд час перемикання дюд!в у завданш струму А1Н, що визначаеться з урахуванням струму навантаження, маемо ввдповщну 1у змшу струму I С (за стрибкопод!бно! змши похщно! струму / С). За об-межено! частоти Ш1М щ змши струму вщпрацьову-ються з зашзненням, що призводить до появи «дина-м!чно!» похибки ! спотворення форми струму РМ. Таким чином, маемо збурення за сигналом керування. Це призводить до попршення гармоншного складу струму мереж!, що ускладнюе забезпечення його вщ-поввдносп стандартам за значень /1т < 0.25/Сттах.
Розглянемо реал!зацш Ш1М для випадку, коли використовуються дв! опорш напруги иТЯ ! (-ит) три-кутно! форми з частотою модуляци /м, що е симетри-чними в1дносно 0 (рис. 3). Перемикання ключ!в пер-шого плеча (К1, К2) здшснюеться за умови, що задана напруга и > иж, а другого (К3, К4) - и < -итц.
За вщсутносп регулятор!в у блоц! Ш1М напруга, яка пропорц!йна Д/С, пор!внюеться з иТЯ. У раз! фор-мування позитивно! нап!вхвил! иС використовуеться два значення напруги и! 0 (для негативно! натвхви-л1, в1дпов!дно, -и! 0) ! напруга иЬ приймае значення:
якщо иС = и, то значення иЬ = и - и! = Ь
Л
и-
1т
3и
1т
и
струм гС зростае (початкове в!дхилення Д1С в!дносно середнього значення Д1САУ (похибки вщпрацьовування струму) е позитивним (/ С >/С) ! зменшуеться до нуля, а попм стае негативним (/ С </С)) (рис. 3);
• якщо иС = 0, то значення иЬ = 0 - и! = Ь—— ! струм убувае (Д/С зростае до нуля, а попм стае пози-
1т
и
1
С
и
Ь
С
9
тивним). Оскшьки /м достатньо велика, можна вважа-ти, що на штервал1 модуляцп Т напруга щ { струм / С незмшш. Отже, струм коливаеться ввдносно заданого значення 1 змшюеться за лшшним законом, швидшсть його змшювання залежить в1д значення щ I иС.
зростання 1 убування струму р1зш, що у раз1 у > 0 при-зводить до зб1льшення \ыС/а() I > 0. Тобто середне значення \А1СЛу(() I поступово зростае;
• значенню у = 0.5, коли Д1Ст е максимальним (рис. 3,6), в1дпов1дае умова
аи1т - и^т.®/ = \ -и^ъта?) I, за цього
А1ст = А<
аи
Ст тах
(3)
161/м
• при и! = и1т значення у е максимальним (рис. 3,в),
Т
його можна знайти зпдно умови, що |иьМ = 0 , або
и1я(а - 1)у + иХт(0 - 1)(1 - у) = 0. Вщповвдно утах = 1/а та
7(а - 1)и1т
АСт1 =
4Ь/м
(4)
Врахуемо обмеження щодо стввщношення швидкосп зм1нювання 1С { опорно! напруги
й1С „ йиТ
= 4итят/м . Максималь-
^ . Значення ^ТК
ж м м
не значення ё1С/& мае мюце, коли иь = 0 - и1т = -и1т 1 ЖС
становить
Ж Ь (иТКт - амплиуда иТК), звщки
/м >
и1т . Отже, ^ = 4итКт/м >
Ж
и-
1т
4иТКтЬ
ь
(5)
Виходячи з умови | иьЖ = 0 , можна визначити
0
залежносп у(/) I Д1Ст((). Так, для ис > 0 маемо
и1т(а - ъ1п®/)у + и1т(0 - ъ1п®/)(1 - у) = 0. Зв1дси
ъ1п 7 =-.
Амплиуда вщхилення струму А1ст =
З
урахуванням
и1т
значення
Г(1 -г)аи1т 2 ь/м
отримуемо
АСт (() = —1(аъ1п -0.5 + 0.5соъ2®/). Для иС < 0
2аЬ/м
маемо аналопчну картину. Отже,
А1Ст (() = и1т (а ъ1п ®® - 0.5 + 0.5соъ 2®/),
2аЬ/м
А'СЛУ (() =
иТКт ■
Ъ1П .
Рис. 3. Визначення ампштуди иульсацш [ похибки вщпрацьовування струму А1Н з Ш1М
Вважаемо, що струм 1С 1, ввдповщно, ё1С/& змь нюються за гармоншним законом. Амплиуда пульса-цш струму Д1Ст визначаеться коефщентом заповнен-ня 1мпульс1в напруги А1Н 7= /оп / Т (/оп - час вмикання ключа, Т - перюд модуляцп) 1 не залежить в1д значен-ня струму. Тому приймаемо, що задане значення струму А1Н дор1внюе нулю. Отже, маемо:
• при и\ значення у^-0, в1дпов1дно, Д1Ст^0 (рис. 3,а). За цього середне значення вщхилення струму за перюд модуляцп А/СЛУ(/) = 0. Швидкосп
Граничним е режим, коли амплиуда похибки струму 1т наближаеться до иТКт I Д1Ст1 = 0 за а = 1. В загальному випадку необхщно виконання умови
1т + А1Ст1 < иТК . (6)
У противному випадку виникають додатков1 (зайв1) перемикання ключ1в швертора.
Амплиуду иТКт можна визначити зпдно (5), тод1 амплиуда основно! гармошки похибки струму в1дпо-
и1т
вщно (4) 1 (6) 1т <
а4ь/м
або
1т <
иТКт
(7)
0
и
и
ь
0
б
а
У
а
в
а
Знaчeння AICm зa у = G.5 i ymax cтaновлять, в1дпо-a лт _(a -1)
ида^ MCm max MTRm , M Cml =-MTRm .
4а Пepeйдeмо до в^дностого знaчeння AICmmax (до
aмплiтyди Icmmax) С =
MI,
Cm max
I
fм >
тод1 зпдно (2), (3)
C m max
aa
16Ьс
(S)
Тaким чином, нaпpиклaд, зa b = G.15, с = G.G5, а = 1.3 знaчeння Im = G.77mtr„, MCmax = G.325mtrot, MIcml = G.23MTRm. Якщо Icmax = 25 A (Icmmax = 35.35 A), чacтотy модуляци зг1дно (S) fa = 34GG Гц, то AICmmax = 4
= 1.77 A. 3a цього Im =— MIcm max =419 A.
a2
Для yзгоджeння мacштaбyвaння вeличин в ^я-мий кaнaл вiдxилeння вводятьcя (pиc. 2) коeфiцieнти:
к =-
- (бeз ypaxyвaння коeфiцieнтiв пepeдa-
4MCm max
вaння дaтчикiв i MTRm = 1) i j = UIuTRm.
Бeз ypaxyвaння модyляцiйниx cклaдовиx «глaд-к^» cклaдовa нaпpyги peaктоpa зг1дно (1)
1 1 r diXc
ML = M С - Ml = L■
dt
= J'Mk - Ml (Mk - нaпpyгa ^py-
MK =
dt
L di *c Ml
dt
J dt
j
(9)
шнього peгyлятоpa нaпpyги 3P (пiдтpимye нaпpyгy нa вxодi AIH ra зaдaномy piвнi U = U*) фоpмyeтьcя ст-нycоïдaльний cигнaл зaвдaння cтpyмy мepeжi i*l, що зa гeнepaцiï eнepгiï CБ y мepeжy зcyнyтий по в1дно-шeнню до нaпpyги м1 нa 1SG0, a y paзi cпоживaння e^pni' з мepeжi cпiвпaдae зa фaзою. Зaвдaння cтpyмy AIH визнaчaeтьcя з ypaxyвaнням iL i eмнicноï cклaдо-во' cтpyмy фiльтpa з aмплiтyдою f^) = <nCfUlê. PLL зпдно нaпpyзi PM м1 = Ulmsinat i зaдaномy знaчeнню кутово' чacтоти mG фоpмye cигнaли sinat, cosat.
*C+)
tic
+}
r+
вaння, що змiнюeтьcя в мeжax (-MTRm, MTRm), м C, i c -ra^yra i cтpyм бeз ypaxyвaння модyляцiйниx cклaдо-
виx). Зв1дст mk = — dd C + —. Поxибкa AiCAV = G зa j dt j
* .1 . di*C dile r\ • умови, що i C=i C, в1дпов1дно, -7=- =-;—. Зв1дки
У paßi i c = G знaчeння мк = MlIj. Haпpyгa Ml e ви-
мipювaною i cтaтичнy rox^Fy можнa компeнcyвaти
ввeдeнням в1дпов1дного зв'язку (лянет К нa pиc. 2).
Виключeння поxибки cтpyмy, обyмовлeноï збу-peнням зa cигнaлом кepyвaння, можливо з викоpиc-тaнням дифepeнцlючоï лaнки динaмiчноï компeнcaцiï
(ДК) зг1дно (9) в кaнaлi зaвдaння cтpyмy AIH.
В peaльниx yмовax U1 змiнюeтьcя в пeвниx мe-жax. 1з змiнювaнням U1 зa поcтiйноï fa (S) b' = b I Ul *
Pnc. 4. Cтpyктypa KPC
Гштацшне моделювання в Matlab та його результата. Зд^шно з комбiнyвaнням нeлiнiйного нaвaнтaжeння (нeкepовaнi випpямлячi з виxiдним eм-нicним фiльтpом тa RL нaвaнтaжeнням) тa RL нaвaн-тaжeння (ILm(l) = 19.б A, ф(1) = 270). РМ мicтить опоpи R = G.G2 Ом, XL = G.G2 Ом. Pea^rop з L = G.GG42 Гн i R = G.1 Ом, Rf = G.3 Ом, Cf = 6g мкФ. Пapaмeтpи AIH: ICmax = 25 A, fa = 6SGG Гц, U = 4G5 B (а = 1.3).
Pозглянyтi тpи вapiaнти KPC: вapiaнт 1 - з ДК тa компeнcyючим зв'язком зa м1; вapiaнт 2 - з ДК тa ш-тeгpyючою лaнкою; вapiaнт 3 - з викоpиcтaнням ПI-peгyлятоpy з нaлaштyвaнням га cимeтpичний оптимум
L (= Цfм, к = к • j).
W (p) = — +
SKT" skt^P
Вapiaнт 3 пpи шлейному нaвaнтaжeннi e ^aqe-здaтним лишe з ДК тa компeнcyючим зв'язком зa м1 i мae нaйгipшi покaзники зa мaлиx знaчeнь cтpyмy PM.
Ta^ у paзi I*lm = 3 A, знaчeння Ilm(l) = 2.973 A, THDi^ = 4.79 %. 3a тиx жe умов для вapiaнтy 1
( Ul* = U11U1N, дe U1N - номiнaльнa нaпpyгa), Ilm(l) = 2.943 A, THDil = 3.41 %, для вapiaнтy 2
Ilm(l) = 2.966 A, THDi^ = 2.6S %. До того ж, вapiaнт 2
а' = а I Ul * , с' = a bc , що потpeбye пepeнaлaштyвaн-
b a
ня KPC. 1нший вapiaнт компeнcaцiï cтaтичноï поxибки - да ввeдeння iнтeгpyвaльноï лaнки фиа 4) з коeфiцi-eнтом g = faIk, що pозpaxовye фaктичнe знaчeння diCAV(t) i додae його до cигнaлy вlдxилeння cтpyмy.
3aпpопоновaнa cтpyктypa KPC AIH (pиc. 4) мю-тить пlдcyмковi пpиcтpоï, пpопоpцiйнy лянку з коeфi-цieнтом k, iнтeгpyвaльнy лaнкy, блоки множник1в, блок компapaтоpiв БК, гeнepaтоp опоpноï ranpyra ГОH, блок фaзового aвтопlдcтpоювaния чacтоти PLL, ляику динaмiчноï компeнcaцiï ДК. Зпдно cигнaлy зa-вдaния aмплiтyди cтpyмy мepeжi I*lm з втоду зовш-
мae кpaщий cпeктp а^уму PM (pиc. 5) i зaбeзпeчye THDi^ < 5 % в дiaпaзонi знaчeнь Ilm до G.G5 Ilmmax (Ilmmax у дaномy paßi 35.35 A). У paзi змши м1 вapiaнт 2 нe потpeбye пepeнaлaштyвaиия, тaк зa U*1 = G.S5 для I*lm = 3 A, Ilm(l) = 2.97 A, THDi^ = 2.5 %. У вapiaитi 1 зa тиx жe умов Ilm(l)=3.3 A, THDil=2.S3 % , що пepeд-бaчae зм1ну коeфiцieнтy в лaицi К фиа 2).
Оcцилогpaми Ml, Me, il, AIcm(t) зa л1н1йного нaвaн-тaжeння з ДК нaвeдeнi нa pra. 6. Оcцилогpaми м1, мС, il, iC, iL для I*lm = 3 A зa комбiновaного лшшного тa нeлiнiйного нaвaнтaжeння (випpямлячi з eмнicним ф1-льтpом i RL - нaвaитaжeниям) для вapiaнгy 2 нaвeдeнi нa pиc. 7 (I*lm = 3 A, Ilm(l) = 2.97 A, THDi^ = 2.97 %).
I 1.5
15 20 25 Harmonic order
I 0.15
10 15 20 25 30 35 Harmonic order
Рис. 5. Спектри струму РМ: а - BapiaHT 1; б - BapiaHT 2
200 0 -200
0
-5
400 200 0 -200 -400
0.5 0
-0.5
0.05 0.055 0.06 0.065 0.07
Рис. 6. Осцилограми напруги та CTpyMiB за лшшним навантаженням
200 0 -200
2 0 -2
40 20 0 -20 -40
20 0 -20
400 200 0 -200 -400
0.1 0.105 0.11 0.115 0.12
Рис. 7. Осцилограми напруги та струмш за комбшованого навантаження
Для порiвняння в [3] з використанням в КРС П1- регулятору за fM = 20 кГц, I1m = 10 А (ICm = 20 А, амплпуди струму нелшшного навантаження ILm = 9 А) значення THD^ = 4.8 %.
Висновки.
На пiдстaвi отриманих залежностей aмплiтуди пульсaцiй вихiдного струму А1Н i похибки за основною гармошкою у вщповвдносп до напруги на входi А1Н, частоти Ш1М i iндуктивностi вихвдного реактора обгрунтоваш параметри ланок для компенсаци збу-рюючих впливiв. Показано, що компенсащя збурення напруги РМ з використанням в кaнaлi вiдхилення струму штегруючо! ланки не потребуе переналашту-вання у рaзi змiни напруги мереж! Запропонована структура КРС бaгaтофункцiонaльного А1Н зi сполу-ченням пропорщйно!, штегруючо! i диференцшчо! ланок з ввдповвдними !х параметрами дозволяе за об-меженого значення частоти Ш1М 6800 Гц розширити дiaпaзон значень струму i¡ в точцi пiдключення до мереж1 у бш менших значень до 0.05 ввд максимального значення струму за значення THDi1 < 5%. При цьому значення вхвдно! напруги iнверторa та частоти Ш1М визначаються згiдно нaпрузi РМ, шдуктивносп реактору, максимальних значень струму А1Н та амп-лiтуди його пульсащй. Результати отримaнi для ввд-носних значень: aмплiтуди пульсaцiй струму с = 0.0025, падшня напруги на реaкторi за максимального струму (для 1-1 гaрмонiки) b = 0.15 i а = 1.3. По-дальшим напрямком роботи е розвиток моделi для дослщження роботи А1Н з урахуванням дискретносл роботи цифрово! системи керування для уточнення вимог до 11 елеменпв i оцiнки реальних показник1в.
СПИСОК ШТЕРАТУРИ
1. Zeng Z., Yang H., Zhao R., Cheng C. Topologies and control strategies of multi-functional grid-connected inverters for power quality enhancement: A comprehensive review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2013. - vol.24. - pp. 223-270. doi: 10.1016/j.rser.2013.03.033.
2. Vaquero J., Vázquez N., Soriano I., Vázquez J. Grid-Connected Photovoltaic System with Active Power Filtering Functionality // International Journal of Photoenergy. -vol.2018. - pp. 1-9. doi: 10.1155/2018/2140797.
3. Da Silva S.A.O., Sampaio L.P., Campanhol L.B.G. Singlephase grid-tied photovoltaic system with boost converter and active filtering // 2014 IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE). - Jun. 2014. doi: 10.1109/isie.2014.6865013.
4. Denizar C. Martins, Kleber C. A. de Souza. A single-phase grid-connected PV system with active power filter // International journal of circuits, systems and signal processing. - 2008. - iss.1. - vol.2. - pр. 50-55.
5. Vigneysh T., Kumarappan N. Grid interconnection of renewable energy sources using multifunctional grid-interactive converters: A fuzzy logic based approach // Electric Power Systems Research. - 2017. - vol.151. - pp. 359-368. doi: 10.1016/j.epsr.2017.06.010.
6. Shavelkin A., Shvedchykova I. Multifunctional converter for single-phase combined power supply systems for local objects with a photovoltaic solar battery // Technical electrodynamics. - 2018. - no.5. - pp. 92-95. doi: 10.15407/techned2018.05.092.
7. Wu T.-F., Nien H.-S., Shen C.-L., Chen T.-M. A SinglePhase Inverter System for PV Power Injection and Active Power Filtering With Nonlinear Inductor Consideration // IEEE Trans-
0. 5
0
0
5
10
30
35
40
0
5
actions on Industry Applications. - 2005. - vol.41. - no. 4. - pp. 1075-1083. doi: 10.1109/tia.2005.851035.
8. Mendez I., Vazquez N., Vaquero J., Vazquez J., Hernandez C., Lopez H. Multifunctional grid-connected photovoltaic-system controlled by sliding mode // IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. -Nov. 2015. doi: 10.1109/iecon.2015.7392286.
9. Шавёлкин А.А. Структуры однофазных преобразовательных агрегатов для комбинированных систем электроснабжения с фотоэлектрическими солнечными батареями // Техшчна електродинамша. - 2018 - №2. - C. 39-46. doi: 10.15407/techned2018.02.039.
10. 1547-2018 - IEEE Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces. - Date of Publ. 6 April 2018. doi: 10.1109/IEEESTD.2018.8332112.
REFERENCES
1. Zeng Z., Yang H., Zhao R., Cheng C. Topologies and control strategies of multi-functional grid-connected inverters for power quality enhancement: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, vol.24, pp. 223270. doi: 10.1016/j.rser.2013.03.033.
2. Vaquero J., Vázquez N., Soriano I., Vázquez J. Grid-Connected Photovoltaic System with Active Power Filtering Functionality. International Journal of Photoenergy, vol. 2018, pp. 1-9. doi: 10.1155/2018/2140797.
3. Da Silva S.A.O., Sampaio L.P., Campanhol L.B.G. Singlephase grid-tied photovoltaic system with boost converter and active filtering. 2014 IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Jun. 2014. doi: 10.1109/isie.2014.6865013.
4. Denizar C. Martins, Kleber C. A. de Souza. A single-phase grid-connected PV system with active power filter. International journal of circuits, systems and signal processing, 2008, iss.1, vol.2, pр. 50-55.
5. Vigneysh T., Kumarappan N. Grid interconnection of renewable energy sources using multifunctional grid-interactive converters: A fuzzy logic based approach. Electric Power Systems Research, 2017, vol.151, pp. 359-368. doi: 10.1016/j.epsr.2017.06.010.
6. Shavelkin A., Shvedchykova I. Multifunctional converter for single-phase combined power supply systems for local objects with a photovoltaic solar battery. Technical electrodynamics, 2018, no.5, pp. 92-95. doi: 10.15407/techned2018.05.092.
7. Wu T.-F., Nien H.-S., Shen C.-L., Chen T.-M. A SinglePhase Inverter System for PV Power Injection and Active Power Filtering With Nonlinear Inductor Consideration. IEEE Transactions on Industry Applications, 2005, vol.41, no. 4, pp. 10751083. doi: 10.1109/tia.2005.851035.
8. Mendez I., Vazquez N., Vaquero J., Vazquez J., Hernandez C., Lopez H. Multifunctional grid-connected photovoltaic-system controlled by sliding mode. IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Nov. 2015. doi: 10.1109/iecon.2015.7392286.
9. Shavelkin A.A. Structures of single-phase converters units for combined electrical supply systems with photoelectric solar panels. Technical electrodynamics, 2018, no.2, рp. 39-46. (Rus). doi: 10.15407/techned2018.02.039.
10. 1547-2018 - IEEE Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces. Date of Publ. 6 April 2018. doi: 10.1109/IEEESTD.2018.8332112.
Надшшла (received) 07.02.2019
Шавьолкт Олександр Олекстович1, д.т.н., проф., Каплун BiKmop Володимирович1, д.т.н., проф., Шведчикова 1рина Олекспвна1, д.т.н., проф. 1 Кшвський нацюнальний утверситет технологш та дизайну, 01011, Кшв, вул. Немировича-Данченка, 2, тел/phone +380 50 9720629,
e-mail: [email protected], [email protected]
О.О Shavelkin1, V.V. Kaplun1,1.O. Shvedchykova1 1 Kyiv National University of Technologies and Design, 2, Nemirovich-Danchenko Str., Kyiv, 01011, Ukraine. Error elimination for current control loop for multi-functional single-phase grid-connected inverter. Purpose. Elimination of the error of the inverter current control loop by improving its structure and justifying the parameters, which will ensure compliance with the current quality standard at the common coupling to the distribution grid of the load and the multi-functional grid inverter at the output of the renewable source of electrical energy. Methodology. Synthesis of structure of current control loop based on analysis ofprocesses in electrical circuits and computer simulation. Results. Relationships for determining the input voltage of the inverter, reactor inductance and modulation frequency in accordance with the grid voltage, the maximum values of the inverter current and the amplitude of its ripple when combining the function of the active power filter. Dependencies of the amplitude of the pulsations of the output current of the inverter and the errors in the fundamental harmonic in accordance with the voltage at the input of the inverter, the modulation frequency and inductance of the output reactor are obtained. Originality. The structure of the inverter current control loop has been improved with a combination of proportional, integrating and differentiating links, and their parameters have been determined to ensure compensation of the disturbing action on input of the reference and compensation of the error of current from the disturbing action of the grid voltage regardless of its value. Practical value. The obtained solutions are the basis for the design of converters of electric power systems with renewable sources of electricity with improved energy efficiency. References 10, figures 7. Key words: multi-functional single-phase grid-connected inverter, nonlinear load, PWM, current control loop, current error compensation, THD, simulation.
