CC BY
10
УДК 621.313
Михальський В. М., докт. техн. наук Полщук С. Й.
Соболев В. М., канд.техн.наук Чопик В. В.
Шаповал I. А., канд. техн. наук
1нститут електродинамiки Нацiональноï академiï наук Укра'ни, м. Ки!'в, Укра'на, пр. Перемоги, 56, Ки!'в-57, Укра'на, 03680, E-mail: [email protected]
СПОСОБИ МШШ1ЗАЦП НЕБАЖАНИХ СКЛАДОВИХ МИТТeВОÏ ПОТУЖНОСТ1 I3 ЗАСТОСУВАННЯМ ПАРАЛЕЛЬНИХ АКТИВНИХ Ф1ЛЬТР1В
Рассмотрены возможности компенсации нежелательных составляющих мгновенной мощности, предоставляемые различными топологиями активных фильтров. Получены соотношения, обеспечивающие упрощенный расчет токов компенсатора без применения преобразований координат. Рассмотрена совокупность составляющих мгновенной мощности, которые отражает p-q-r теория, и приведены основные условия их появления и способы компенсации. Библ. 3, табл. 1.
Ключевые слова: параллельный активный фильтр, мгновенная мощность, несимметрия, несинусоидальность
Михальський В. М., докт. техн. наук Полищук С. И. Соболев В. М., канд.техн.наук Чопик В. В.
Шаповал И. А., канд. техн. наук
1нститут электродинамики Национальной академии наук Украины, г.Киев, Украина, пр. Победы, 56, Киев-57, Украина, 03680, E-mail: [email protected]
СПОСОБИ МШШИАЦП НЕБАЖАНИХ СКЛАДОВИХ МИТТeВОÏ ПОТУЖНОСТ1 I3 ЗАСТОСУВАННЯМ ПАРАЛЕЛЬНИХ АКТИВНИХ Ф1ЛЬТР1В
Розглянуто можливост1 компенсацИ' небажаних складових миттево'1 потужност1, як надаються р1зними тополог1ями активних ф1льтр1в. Отримано сп1вв1дношення, як забезпечують спрощений розрахунок струм1в компенсатора без застосування перетворень координат. Розглянуто сукуптсть складових миттево'1 потужност1, як вгдображае p-q-r теор1я, наведено основт умови 1'х появи та способи компенсацИ'. Б1бл. 3, табл. 1.
Ключовi слова: паралельний активний фшьтр, миттева потужнють, несиметр1я, несинусощальшсть
Mykhalskyi V. М., D-r Sci. Eng. Polishchuk S. Y. Sobolev V. M., Cand. Eng. Sci. Chopyk V. V.
Shapoval I. А., Cand. Eng. Sci.
Institute of electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine, Peremohy ave. 56, Kyiv-57, Ukraine, 03680, e-mail: [email protected]
THE WAYS TO MINIMIZE UNDESIRABLE INSTANTANEOUS POWER COMPONENTS WITH DIFFERENT TOPOLOGIES OF SHUNT ACTIVE FILTER
The possibilities of compensation of undesirable components of instantaneous power provided by different topologies of active filters are considered. Ratios which provide a simplified calculation of compensator currents without the use of coordinate transformations have been obtained. The set of components of the instantaneous power, which reflects the p-q-r theory, and provides the basic conditions of their appearance and ways of compensation have been considered.
Keywords: shunt active filter, instantaneous power, unbalance, non-sinusoidal waveform
Вступ
Паралельш активш фшьтри - системи з контрольованим генеруванням струму, який узгоджуеться 3i струмом навантаження таким чином, щоб результуючий струм мереж був симетричним, близьким до синусо'дально!' форми та протшав у фазi з прямою послщовшстю
напруг мережi живлення. Розробки принцитв роботи та алгоршмв керування системами фшьтрацп небажаних складових потужностi були започатковаш з появою р-ц теорп миттево1 потужностi [3]. Подальший розвиток теорп миттево'1 потужностi здшснювався шляхом розширення 11 можливостей та створенням пiдходiв до визначення складових миттево1 потужностi в рiзних координатних системах з метою вщокремлення окремих складових, яю не вiдтворюються в базовш р-ц та iнших теорiях [1, 2]. В данiй статп розглядаеться р-ц-г теорiя миттевих потужностей, яка вщображае енергетичнi процеси в трифазних мережах. Розглянуто топологiчнi вщмшносл мiж трифазними трипровiдними та чотирипровщними системами (з накопичувачем енергп та без нього), та способами розрахунку струмiв компенсацп, якi узгоджуються з можливостями, наданими окремо взятою тополопею силово1 схеми компенсатора.
Метою статп е створення безпосередшх способiв розрахунку струмiв з мiнiмальною кiлькiстю операцш обчислення для застосування в компенсаторах з визначеною топологiею без використання перетворень координат. При аналiзi кривих миттевих значень потужносп на iнтервалi повторюваностi, розрахованих з використанням р-ц-г теорп, видшено наступнi 11 складов^
р - постшна складова активно! потужносп; Ц - постшна складова реактивно1 потужносп; г -постшна складова потужносп, що замикаеться через нульовий провщ;
р - змшна складова активно1 потужносп; р- змшна складова реактивно1 потужносп; змшна складова потужносп, що замикаеться через нульовий провщ.
Вщповщно з визначенням складових потужностi по 1х уявному роздшенню на постiйнi та змшш можна стверджувати, що всi складовi потужностi, крiм р, е небажаними та спонукають до застосування заходiв для 1х мiнiмiзацii. Умови, при яких з'являються небажанi складовi миттево1 потужностi, обумовленi властивостями мережi та навантаження. Мережi живлення можна розбити на три основних групи: симетрична синусо1дальна, несиметрична синусощальна, несинусощальна. Навантаження роздшяються на: симетричнi та несиметричш; з нульовим проводом та без нього. 1ншим критерiем для класифшацп навантажень е 1х iмпедансна характеристика: активна, активно-реактивна, нелiнiйна. Таким чином, з'являеться велика кшькють варiантiв за типами мереж та навантажень, при яких можна очшувати виникнення небажаних складових миттево1 потужностi та окреслити основш способи 1х мiнiмiзацii. В таблицю зведено умови появи небажаних складових потужносп, що пщлягають мiнiмiзацii. Типи навантаження позначенi як «Я», «КЬС» та «Б+КЬС» (нелшшне з ключовими елементами). Сiрим кольором позначено клггинки, якi вiдповiдають наявносп складових потужностi за даних умов. В останню колонку зведено складовi потужностi, якi пiдлягають мiнiмiзацii для зазначених титв навантаження. Характеристики мереж1 живлення позначено таким чином: «О» -симетрична синусощальна, «<О» -несиметрична синусощальна, «4» несинусощальна. Як видно з таблищ, для типових систем «мережа живлення - навантаження» в переважнш бшьшосп випадюв присутш складов1 потужносп, яю повинш бути мш1м1зоваш з використанням активного способу фшьтрацп. Пасивш системи компенсацп дозволяють мш1м1зувати лише постшну складову реактивно1 потужносп Ц. До пасивних вщнесено системи компенсацп реактивно1 потужносп з використанням статичних компенсатор1в, найхарактершшими з яких е комутоваш конденсаторш батаре1. Активними названо системи компенсацп з використанням
Складов! потужносп р г Р Складош, щ мшмвуютьс
' ■—~^_мережа навантаження— О О 4 О О 4 О О 4 О О 4 О О 4 О О 4
3-х провщна система симетри чне Я р , ~
ЯЬС ц, р, ~
8+ЯЬС
Я р , ~
ЯЬС ц, р , ~
§ " 8+ЯЬС ц, р, ~
4-х провщна система симетри чне Я р, <Ь '
ЯЬС ц, р,
8+ЯЬС ц, р,
Я р, '
ЯЬС ц , р,
и О | тэт г — г ~ ~ '
натвпровщникових перетворювачiв, якi вiдслiдковують кривi струмiв та напруг у реальному чаа. За результатами аналiзу даних таблиц отримано спiввiдношення, що вщповщають варiантам реалiзащi компенсаторiв та враховують !х можливостi. Шляхом прямих та зворотшх р^-г перетворень з додаванням складово'1' струму, що регулюе передачу активноi потужностi, отримано вираз для розрахунку струмiв компенсатора для трифазних трипровiдних систем «мережа живлення-навантаження»:
2
1! и . И .
з(р - ~)
lCa ¡Cb
'Cc
-1
" А
ubc ucaubc uabubc ubcuca uca uabuca
ubcuab ucauab uab
(uab -ubc )2+(ubc - uca f+(uca -uab )
ab uca
bc -uab , (1)
ca -ubc _
де p=p-pnö;
A=u2 cb+u2bc+u2 ca, p=uAia+uBib+uCic Рср - усереднена на iнтервалi повторюваностi активна потужшсть, Ap - додаткова активна складова потужносп для регулювання напруги буферного джерела та забезпечення власних потреб компенсатора.
Використання миттевих значень лшшних напруг мережi визначае застосування даного виразу для компенсацп струмiв трифазного навантаження, коли у вимiрюванiй системi вiдсутнi нульовий провiд та шформащя про фазнi напруги мережi. Визначено, що трифазне навантаження з нульовим проводом створюе умови для появи небажаних складових потужностi, усунення яких вимагае використання компенсаторiв з використанням буферного джерела активно! потужностi та керуванням струмами нульово! послiдовностi. За допомогою прямих та зворотнiх p-q-r перетворень i з врахуванням всх небажаних складових потужностi отримано вираз:
iCa,b, c=(Pcp+Ap)-(u2A+u2B+u2C)' uA,B,C-ia,b,c . (2)
В умовах несиметри та несинусощальносп напруг мережi живлення компенсацiя небажаних складових за виразом (2) створюе умови, при яких отримуються виключно несинусо!дальш струми мережi [2]. Щоб уникнути цього, необхвдно здiйснити перехщ вiд миттевих до iнтегральних значень модулiв векторiв, а також фшьтрувати миттевi значення напруг, за якими розраховуеться струм компенсатора:
iCa, b, c=(Pcp+Ap)' AM_1 u]A,B,C-ia,b,c,
де Au~(u2A+u2B+u2C) - усереднене значення на штервал1 повторюваносп;
(3)
u a,b,c - вщфшьтроваш миттев1 значення напруг мережi живлення (миттев1 значення перших гармошк фазних напруг мереж1 живлення).
Висновки
Отримано сшввщношення, якi забезпечують спрощений розрахунок струмiв компенсатора без застосування перетворень координат. Наведено основш умови появи небажаних складових потужносп, що пiдлягають мiнiмiзацil. Визначено необхiднiсть використання iнтегральних показниюв та фiльтрацil значень миттевих величин при розрахунку струмiв компенсатора в умовах несиметри та несинусощальносп напруг мереж1 живлення.
Список використано1 лггератури:
1. Домнин И. Ф., Жемеров Г. Г., Крылов Д. С., Сокол Е. И. Современные теории мощности и их использование в преобразовательных системах силовой электроники // Техн. Електродинашка. Темат. Випуск «Проблеми сучасно! електротехшки». - 2004. - Ч. 1. - С.
80-91.
2. Михальський В. М., Соболев В. М., Чехет Е. М., Чопик В. В., Шаповал I. А. Особливосл формування струм1в в систем! «мережа живлення з несиметричними напругами - матричний перетворювач»//Техн. Електродинамжа. Силова електрон!ка та енергоефективн!сть. - Темат. ип.. - 2009. - Ч.1. - С. 16-23.
3. Grzegorz Benysek, Marian Pasko Power Theories for Improved Power Quality (Power Systems). - London: Springer-Verlag. - 2012. - 213 p.
Referenses:
1. Domnin I.F., Zhemerov H.H., Krylov D.S., Sokol E.I. Modern theories of power and its use in the converter power electronic systems // Tekhnichna elektrodynamika. Problems of the modern electrical engineering. - Temat. Vyp. - 2004. - Vol. 1. - P. 80-91. (Rus)
2. Mykhalskyi V.M., Sobolev V.M., Chopyk V.V., Shapoval I.A. Features of currents formation in the «supply network with unbalanced voltages - matrix converter» system // Tekhnichna elektrodynamika. Sylova elektronika ta enerhoefektyvnist. - Temat. Vyp. - 2009. - Vol. 1. - P. 16-23. (Ukr)
3. Grzegorz Benysek, Marian Pasko Power Theories for Improved Power Quality (Power Systems). - London: Springer-Verlag. - 2012. - 213 p.
Поступила в редакцию 20. 03 2016 г.
c
