Моделирование самообучающейся системы управления инвертором преобразователя частоты для подавления высших гармоник

  • Василий [Vasiliy] Игоревич [I.] Кульманов [Kul’manov]
  • Алексей [Aleksey] Сергеевич [S.] Анучин [Anuchin]
  • Дмитрий [Dmitriy] Михайлович [M.] Шпак [Shpak]
  • Юрий [Yuri] Олегович [O.] Беляков [Belyakov]
  • Вадим [Vadim] Николаевич [N.] Остриров [Ostrirov]
DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2017-4-75-82
Ключевые слова: гармонические искажения, преобразователи частоты, самообучающиеся системы управления, силовые фильтры

Аннотация

Рассмотрено моделирование трехфазного преобразователя частоты на базе трех однофазных мостовых инверторов напряжения с выходным синусным фильтром. Для управления инверторами преобразователя предложена новая самообучающаяся система управления. Разработанная ранее система управления инверторами для подавления высших гармоник использует дискретное преобразование Фурье (ДПФ) выходного напряжения. Регулирование каждой гармоники (основной и высших) осуществляется отдельным регулятором. Результатом ДПФ являются амплитуды основной и ряда высших гармоник, поступающие на регуляторы в качестве обратных связей. Главный недостаток существующей системы заключается в ее высоких требованиях к вычислительным мощностям микроконтроллера. Новая система основана на принципе самообучения, в качестве регулятора выходного напряжения здесь используется периодический интегратор (P-интегратор). В дискретном виде он представлен массивом дискретных интеграторов, причем каждый из них работает только на 1/64 части периода основной гармоники. Программный код новой системы значительно меньше по объему и содержит меньше «долгих» арифметических операций, благодаря чему она проста в реализации и требует меньше вычислительных ресурсов. Подавление высших гармоник показывает хорошие результаты: коэффициент гармонических искажений выходного напряжения не превышает 5 % при линейной и нелинейной нагрузках. Описаны структура модернизированной системы управления и ее реализация в программном пакете MATLAB Simulink. Представлены преимущества самообучающегося алгоритма по сравнению с алгоритмом на базе дискретного преобразования Фурье. Результаты моделирования подтверждают применимость нового метода. Алгоритм реализован на языке Си в блоке S-функции MATLAB и подходит для реализации в системах управления реального времени на базе специализированных микроконтроллеров без существенных доработок программного кода.

Сведения об авторах

Василий [Vasiliy] Игоревич [I.] Кульманов [Kul’manov]

Место работы: кафедра Автоматизированного электропривода НИУ «МЭИ»

Должность: аспирант

Алексей [Aleksey] Сергеевич [S.] Анучин [Anuchin]

Учёная степень: кандидат технических наук

Место работы: кафедра Автоматизированного электропривода НИУ «МЭИ»

Должность: зав. кафедрой

Дмитрий [Dmitriy] Михайлович [M.] Шпак [Shpak]

Место работы: кафедра Автоматизированного электропривода НИУ «МЭИ»

Должность: аспирант

Юрий [Yuri] Олегович [O.] Беляков [Belyakov]

Место работы: кафедра Автоматизированного электропривода НИУ «МЭИ»

Должность: аспирант

Вадим [Vadim] Николаевич [N.] Остриров [Ostrirov]

Учёная степень: доктор технических наук

Место работы: кафедра Автоматизированного электропривода НИУ «МЭИ»

Должность: профессор

Литература

1. Грузков С.А. и др. Электрооборудование летательных аппаратов. Т. 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. М.: Изд-во МЭИ, 2005.

2. Anuchin A.S., Kulmanov V.I., Belyakov Y.O. Simulation of Power Converter Control System with Compensation of Harmonic Distortion in Output Voltage Waveform // SIBCON-2015. Omsk. 2015. Рp. 83—89.

3. ГОСТ Р 54073—2010. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы ка- чества электроэнергии.

4. Никольский А.А. Точные самообучающиеся элек- троприводы станков некруглого точения. М.: Адвансед Солюшнз, 2016.

5. Sufen Chen, Y. M. Lai, Siew-Chong Tan, Chi K. Tse. Optimal Design of Repetitive Controller for Harmonic Elimination in PWM Voltage Source Inverters // INTELEC 07. Rome (Italy). 2007. Pp. 236—241.

6. Youqing Wan, Furong Gao, Francis J. Doyle III Survey on Iterative Learning Control, Repetitive Control, and Run-To-Run Control // J. Process Control Online. 2009. V. 19. Pp. 1589—1600.

7. Steinbuch M. Repetitive Control for Systems with Uncertain Period-time // Automatica Online. 2002. V. 38. Pp. 2103—2109.
---
Для цитирования: Кульманов В.И., Анучин А.С., Шпак Д.М., Беляков Ю.О., Остриров В.Н. Моделирование самообучающейся системы управления инвертором преобразователя частоты для подавления высших гармоник // Вестник МЭИ. 2017. № 4. С. 75—82. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-4-75-82.
#
1. Gruzkov S.A. i dr. Elektrooborudovanie Letatelnykh Apparatov. T. 1. Sistemy Elektrosnabzheniia Letatelnykh Apparatov. M.: Izd-vo MРEI, 2005. (in Russian).

2. Anuchin A.S., Kulmanov V.I., Belyakov Y.O. Simulation of Power Converter Control System with Compensation of Harmonic Distortion in Output Voltage Waveform. SIBCON-2015. Omsk. 2015:83—89.

3. GOST R 54073—2010. Sistemy Elektrosnabzheniia Samoletov i Vertoletov. Obshchie Trebovaniia i Normy Kachestva Elektroenergii. (in Russian).

4. Nikolskii A.A. Tochnye Samoobuchaiushchiesia Elektroprivody Stankov Nekruglogo Tocheniia. M.: Advansed Soliushnz, 2016. (in Russian).

5. Sufen Chen, Y. M. Lai, Siew-Chong Tan, Chi K. Tse. Optimal Design of Repetitive Controller for Harmonic
Elimination in PWM Voltage Source Inverters. INTELEC 07. Rome (Italy). 2007:236—241.

6. Youqing Wan, Furong Gao, Francis J. Doyle III Survey on Iterative Learning Control, Repetitive Control, and Run-To-Run Control. J. Process Control Online. 2009;19:1589—1600.

7. Steinbuch M. Repetitive Control for Systems with Uncertain Period-time. Automatica Online. 2002;38:2103-2109.
Опубликован
2019-01-16
Выпуск
№ 4 (2017): Выпуск № 4
Раздел
Электротехника (05.09.00)