Энергетические показатели преобразователей напряжения (ПН) достаточно освещены в [1, 2]. Применение ПН и преобразователей тока (ПТ) рассмотрено в [3–5], а их реализация приведена в [6–8].
Преобразователь с принудительной коммутацией ПН может быть представлен как источник переменного напряжения, где амплитуда, фаза и частота могут управляться независимо друг от друга. В установившемся режиме вектора напряжений и токов могут быть представлены в виде векторной диаграммы (рис. 1) [15].
Напряжение на входе ПН равно:
где mшим – коэффициент модуляции;
Ud – напряжение выхода ПН;
ω – круговая частота;
θ – фаза напряжения.
Полная мощность ПН в точке связи с сетью может быть определена как:
Пренебрегая потерями в трансформаторе (реакторе), запишем выражения для вычисления активной и реактивной мощности преобразователя:
δ – угол между напряжением системы UL и напряжением преобразователя Uv.
При δ > 0 ПН потребляет активную мощность, при δ < 0 – выдает. Векторная диаграмма, приведенная на рис. 1б, показывает, как активная и реактивная мощность зависят от угла и амплитуды напряжения преобразователя, если принять, что напряжение сети неизменно.
Активную мощность преобразователя регулируют главным образом изменением угла δ. Реактивная мощность в основном определяется разницей амплитуд напряжения системы UL и напряжения преобразователя Uv.
Полная мощность зависит от напряжения сети и тока преобразователя:
Объединение уравнений (3) и (4) дает также следующие P–Q соотношения:
Уравнение (5) определяет рабочую область преобразователя с принудительной коммутацией (рис. 2). При снижении напряжения системы рабочая область уменьшается.
Ограничение по реактивной мощности вытекает из (6). Если напряжение системы уменьшается, то предел по реактивной мощности увеличивается. Диапазон изменения реактивной мощности зависит от величины активной мощности преобразователя.