ALGORITHM OF PARALLEL DEVICE MANAGEMENT

Full Text

В настоящее время при увеличении мощности ис- пользуют параллельное включение преобразователь- ных устройств с широтно-импульсным способом ре- гулирования напряжения. При этом возникает про- блема распределения тока между параллельными бло- ками, а также влияние дисбаланса индуктивностей выходных фильтров на величину кондуктивной поме- хи. Актуальность проблемы обусловлена тем, что конфликты в работе токопроводящих элементов, при- боров, оборудования и сетей все чаще возникают в результате взаимодействия электромагнитных процес- сов, протекающих в самом оборудовании. Стандарты, определяющие требования по электромагнитной со- вместимости, предусматривают три вида воздействий: радиочастотные излучения; электростатику; скачки напряжения, появляющиеся в результате индустри- альных помех и природных наводок (грозовые разря- ды). В настоящее время источники бесперебойного питания не включены в Номенклатурный перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации на территории Российской Федерации по электромаг- нитной совместимости. При этом источником индуст- риальных помех могут быть именно источники беспе- ребойного питания [1; 2]. Современные структуры источников бесперебой- ного электропитания в цепи переменного тока стоятся по схеме on-line и обеспечивают практически полную защиту оборудования от кондуктивных помех [3]. Од- нако в некоторых случаях добиться качественного функционирования оборудования только применени- ем схем on-line не удается. Это связано с явлениями «блуждающих токов», вызываемых протеканием об- ратных токов нагрузки по элементам конструкции здания в электрических сетях общего назначения, по- строенных по четырехпроводной схеме типа TN-C (нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены по всей сети). Сам источник бесперебой- ного питания является генератором высших гармоник, и приходится прибегать к специальным мерам по ог- раничению помех от источника для совместимости с другим электрооборудованием. Для решения проблемы достижения нормируемой величины кондуктивной помехи и распределения то- ков параллельно работающих блоков разработана ма- тематическая модель при дисбалансе индуктивностей и получены результаты расчета в среде Simulink. Па- раллельное включение преобразовательных устройств используется для увеличения выходной мощности в цепи постоянного тока, либо в качестве вольт-добавки к напряжению аккумуляторной батареи в аварийном режиме системы электропитания. Различие величин фильтрующих индуктивностей одиночных блоков при их параллельной работе при- водит к появлению в спектре помех разностных час- тот, что снижает устойчивость. Синхронизация и фа- зовый сдвиг в управлении одиночными блоками по- зволит не только снизить уровень помех, но и умень- шить габаритные размеры помехоподавляющих d U e 0 0H фильтров. Алгоритм управления параллельными устрой- d1 = + 1+ e U 0BX , 1+e (4) ствами. Средняя величина выходного тока n-го блока, image d = d0 image + U0H e . (5) работающего при непрерывном токе дросселя, харак- 2 1 - e U0BX 1-e теризуется системой n-го порядка (рис. 1): Уравнения (4) и (5) дают возможность составить L0 dik = éDL¢ + (1 + DL )dùU - схему управления К для компенсации дисбаланса ин- image n dt ë é n k k û ù 0BX (1) дуктивностей. Проверка основных выводов выполнена на модели image - ê1 + 1 åDLm úU0H , k = 1,...n, параллельно работающих блоков в среде Simulink, где ë n m=1 û где ik - средняя величина выходного тока в k-й мо- мент; д - период (рабочий цикл); U0ВХ - входное на- пряжение; U0Н - выходное напряжение; DLk - разност- ное отклонение индуктивности k-го модуля от номи- ¢ силовая цепь соответствует схеме (рис. 1). Фильт- рующие индуктивности определяются из соотноше- ния (3) с учетом разброса параметров. Динамика разностного тока между двумя конвер- торами прямо пропорциональна уровню индукторного нальной индуктивности L0, DLk отклонение индукдисбаланса (e) и зависит от управляющего воздейсттивности k-го модуля по отношению к другим моду- лям, работающим параллельно. вия, выходного напряжения и токов отдельных конверторов. Для компенсации дисбаланса длительность импульсов управления ключами корректируется на image image каждом шаге на величину пропорциональную 1 . 1 ±e Вычисление этого значения проводится в блоках заimage дания функции Fcn1 и Fcn2, где выражение 1 1 ±e за- Рис. 1. Модель параллельно работающих блоков Независимые конверторные модули (К) описыва- ются выражениями di1 дается в стиле языка программирования C. Структур- ная схема системы управления представлена на рис. 2. У подсистемы имеется один входной порт In1 для подачи выходного напряжения К через измеритель напряжения Voltage. В подсистеме имеется два вы- ходных порта Out1 и Out2, с которых снимаются сиг- налы управления, поступающие на транзисторные ключи Kluch1 и Kluch2. В широтно импульсном мо- дуляторе (ШИМ) осуществляется сравнение выходного напряжения с опорным напряжением 48 В в блоке сумматора и усиление сигнал рассогласования в блоке Gain, далее ШИМ-сигнал корректируется с учетом требуемого приращения. Ограничение изменения угла модуляции задается блоком Saturation. Формирование ШИМ-сигнала для управления транзисторными клю- чами осуществляется по выражениям (4), (5) путем сравнения в блоках Relational Operator 1 и Relational Operator 2 соответственно пилообразного напряжения от источника Repeating Sequence, измененного на ко- эффициенты Fcn1 и Fcn2 соответственно, и напряже- ния обратной связи. image L1 dt L di12 2 dt = U0BX d1 - U0H , = U0BX d2 - U0H , (2) Дисбаланс индуктивностей приводит к расхождению кривых тока переходного процесса (рис. 3) и уве- личению времени установления напряжения при зна- чении е = 0,4, что подтверждает теорию. При равно- мерном распределении токов процесс затухания прогде д1 и д2 - рабочие циклы одиночных К, фильтрующие индуктивности определяются по выражениям текает значительно быстрее, что повышает и устойчивость к помехам. L1 = image L0 , 1 +e L2 = image L0 , 1-e (3) Разработанный алгоритм управления одиночными блоками приводит к снижению дифференциальной составляющей кондуктивной помехи, что позволяет где е - единица измерения дисбаланса. Из уравнений (2) и (3) следует, что достичь равных изменений токов двух ИВЭП за период работы можно при следующих соотношениях: складывать выходные мощности с меньшим значени- ем индуктивности помехоподавляющих фильтров благодаря эффекту гашения колебания напряжения на входном и выходном емкостных фильтрах. image Рис. 2. Структурная схема системы управления image Рис. 3. Временные зависимости токов на выходе

About the authors

L. G. Rogulina

D. N. Levin

V. B. Malinkin

S. S. Abramov

A. M. Sazhnev

References

Supplementary files