CC BY
36
!88М 2521-6244 (ОпНпе) Роздш «Електроенергетика»
УДК 621.316.13
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТРАНСФОРМАТОРА ПОСЛ1ДОВНОГО АКТИВНОГО Ф1ЛЬТРА НА ЯК1СТЬ НАПРУГИ
БОНДАРЕНКО С. С. аспiрант кафедри систем електроспоживання та енергетичного
менеджменту Кременчуцького нацюнального унiверситету iм. Михайла Остроградського, Кременчук, Украна, е-шаИ: [email protected];
БЯЛОБРЖЕСЬКИЙ О.В. канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри систем електроспоживання та
енергетичного менеджменту Кременчуцького нацюнального ушверситету iм. Михайла Остроградського, Кременчук, Украша, е-шаЛ: [email protected];
ВЛАСЕНКО Р.В. асистент кафедри систем електроспоживання та енергетичного
менеджменту Кременчуцького нацюнального ушверситету iм. Михайла Остроградського, Кременчук, Укра1на, е-шаП: [email protected];
Мета роботи. Дослгдити особливостI використання трансформаторгв послгдовного силового активного фшьтра для реалгзацИ повздовжньог компенсацИ.
Методы дослгдження. Методи ргшення систем диференцшних ргвнянь першого порядку, методи матрич-них перетворень, методи чисельного моделювання, методи розрахунку активног частини потужностг Фризе, методи теорИ перетворення систем координат.
Отримат результати. Розроблено функцгональну схему послгдовного силового активного фшьтру при ре-алгзацИ повздовжньог компенсацИ, дослгджено зв 'язок параметргв трансформатора з параметрами режиму, розглянуто процеси, як протгкають в трансформатор¡, розроблено споаб визначення сигнала управлтня по-сл1довного фшьтра, в середовищI вгзуального програмування розроблено модель спрощеног системи електроспоживання, проведено ланку дослгджень, на тдставг анализу яких, показана ефективнгсть застосування про-понованого ршення за ргвнем напруги навантаження. Для оцгнки впливу трансформатора на напругу наван-таження проведено серю експериментгв 1з змтою активною потужнгстю навантаження. Сформульовано висновки що до впливу параметргв трансформаторгв активного фшьтру на напругу навантаження.
Наукова новизна. Недотримання якостг енергетичних показнитв призводить до економ1чних збиттв, зниженням надшностI функцюнування електричних мереж I порушення технологгчних процеав, збшьшенню додаткових втрат в мережах I елементах електрообладнання, скороченням термгну служби силового елект-рообладнання енергетичних систем. Поздовжня компенсацгя е одним 1з р1шень для забезпечення якостг елект-роенергИ. компенсацгя забезпечуе пгдвищення динам1чно'1 стткостг лгнИ електропередачг I стабшьтсть напруги основног мережI. На тдставг анатзу вгдомих робт встановлено, що пасивнг компенсатори з незмтною структурою все менш задовольняють вимоги до пгдтримки якостг електроенергИ. Як наслгдок, розробляються та впроваджуються кероваш фшьтрокомпенсуючг пристрог - силовI активнг фшьтри. Принцип дИ компенсатора - посттно створюе гармоншн напруги, як точно вгдповгдають гармонтним компонентам, що генеру-ються навантаженням. Компенсуеться спотворення, вже присутне в систем1 електроживлення. У результа-т1 напруга, залишаеться синусогдальною. Компенсац1йн1 властивостг активного фшьтра залежать вгд алгоритма визначення сигналу управлтня. З використанням теорИ потужностг Фргзе запропонована певна послг-довтсть синтезу сигнала управлтня послгдовним силовим активним фшьтром.
Практична цттсть. Розроблено функцгональну схему послгдовного силового активного фшьтра при реа-лгзацИ повздовжньог компенсацИ, створено певну послгдовнгсть синтезу сигнала управлтня компенсатором, дослгджено вплив трансформаторгв при реалгзацИ повздовжньог компенсацИ.
Ключовг слова: поздовжня компенсацЫ; силовий активний фтьтр; трансформатор; теор1я Фр1зе.
I. ВСТУП
На сучасному еташ розвитку, забезпечення якос-п електроенергп являеться основним завданням елек-тротехшки. Несиметрiя, несинусовдальшсть, провали напруги призводять до попршення роботи пристро!в та виникнення додаткових втрати активно! потужнос-п у вах елементах системи електропостачання: в ль
шях електропередач^ трансформаторах, електричних машинах, статичних конденсаторах. Поздовжня ком-пенса^ е одним iз кращих ршень для забезпечення якосл електроенергп [1]. Поздовжня компенсащя забезпечуе пвдвищення динашчно! стшкосп лшп елект-ропередачi i стабшьтсть напруги основно! мереж1.
© Бондаренко С.С., Бялобржеський О.В., Власенко Р.В., 2018
БО! 10.15588/1607-6761-2018-1-10
II. АНАЛ1З ДОСЛ1ДЖЕНЬ I ПУБЛ1КАЦ1И
Впровадження на електричних установках при-стро!в силово! перетворювально! технiки дозволяе вирiшити так задачi як: симетрування, фшьтраци та компенсаций При цьому пасивнi ф№три з незмiнною структурою все менш задовольняють вимоги до тд-тримки якостi електроенерги [1]. Як наслвдок, розроб-ляються та впроваджуються САФ [2]. Вш е ефектив-ним ршенням для компенсаци провалiв напруги, фль кера, несиметри i гармоншних складових в напрузi мереж1. Принцип роботи пристрою полягае у тому, що спещальний напiвпровiдниковий перетворювач, використовуючи енергш джерела напруги, формуе у сво!х мережних проводниках напругу, за гармоншним складом аналогiчний напрузi навантаження (за винят-ком першо! гармошки), але протилежний за знаком. У результат вiдбуваеться взаемна компенсацiя неосно-вних гармонiк напруги навантаження i зазначених напiвпровiдникових перетворювачiв. Попереднi до-слiдження компенсацiйних властивостей активного фшьтра залежать ввд алгоритма визначення заданого сигнала управлiння[4]. Тому з розвитком науки та техшки активно вдосконалюються не тiльки апаратна частина компенсатора але i його алгоритмiчнi засоби. Оскшьки силовi активнi фiльтри дозволяють здшсни-ти: двостороннiй обмiн енерпею з живлячою мережею, то для правильного визначення компенсацшних характеристик та для правильного ввдправлення iмпу-льсiв керування, як1 вiдповiдають визначенш заданiй напругi компенсатора роботи фттра, реалiзуеться
Трифазне джерело живлення
алгоритм управлшня посл1довним силовим активним фшьтром.
III. МЕТА РОБОТИ
Дослвдити особливосл використання трансфор-MaTopiB послвдовного силового активного фшьтра для pеaлiзaцü повздовжньо! компенсаций
IV. ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГУ МАТЕРИАЛУ I АНАЛ1З ОТРИМАННИХ РЕЗУЛЬТАТА
Розглянемо випадок, в якому pеaлiзaцiя повздовжньо! компенсаци виконуеться послiдовним силовим активним фетром, який пiдключений до мереж1 через однофaзнi трансформатори.
Принцип роботи послшовного силового активного ф№тра полягае у тому, що нашвпровшниковий перетворювач формуе у сво!х мережних проводниках напругу, за гармоншним складом аналопчний нaпpузi навантаження (за винятком першо! гapмонiки), але протилежний за знаком. У результата вшбуваеться взаемна компенсaцiя неосновних гapмонiк напруги навантаження i зазначених нaпiвпpовiдникових пере-твоpювaчiв.
Послiдовний силовий активний фшьтр (рис. 1) шдключаеться до меpежi через три однофaзнi двооб-мотковi трансформатори, яш в свою чергу пiдключенi до силово! частини перетворювача фшьтру до якого
також п1д еднании накопичуючии конденсатор
С .
Блок Датчигав напруги та струму
Навантаження
Силова частина активного фшьтру
Блок формування ¡мпульс1в управлшня
uSF.b uSF. c
Блок визначення задано'
напруги компенсатору
Рисунок. 1 Функцюнальна
L
Рисунок. 2 Схема замщення трансформатора
схема послшовного трифазного силового активного ф№тра
Для визначення впливу трансформатора на режим роботи пристрою розглянемо зв'язок параметрiв трансформатора з параметрами режиму (рис. 2).
При робот двообмоткового трансформатора протшають електромагнггш процеси, якi можна опи-сати системою диференцiальних рiвнянь[5]:
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
Ul = ilrl + Lla
U 2 = i2 Г2 + L2a
di
l dt
di2 dt
dФ0 dt
■ - w
2
dt
(1) (2)
Ф0 —
i1w1 + i2w2 R„
— Xu(i 1w1 + i2w2)'
(3)
di,
di-
Ul = iiri + (L,a + wiXfi^:d1 + wiw2x^~~2; (4)
2 di2 dil
U2 = i2r2 + (L2a + w2X^i) — + w2wlXß—r
dt dt
l
(5)
K
Tl2
первинною i вшповвдними вторинними обмотками
трансформатора, де K
Tl2
w2
- коефщенти транс-
формаци трансформатора мш первинною i вшповвд-
2 1 ною вторинною обмоткою. W2 М11-2-= М22
КТ12
- взаемш iндуктивностi обмоток трансформатора; Ь^ + Мп = Ь1 - повна iндуктивнiсть первинно! обмотки трансформатора; ^ст + М22 = L2 - повна ш-дуктивнiсть вторинно! обмотки трансформатора;
Шсля вiдповiдних перетворень рiвнянь (4-5), ви-
користовуючи пpийнятi позначення, отримаемо:
dil di2 Ul = + Ll —l + Ml2~2 dt dt
-l+Ml2~r; (6)
де и1, и 2 - напруги первинно! i вторинно! обмоток трансформатора; ¡1,12 - струми первинно! i вторинно! обмоток трансформатора; Г1 ,г 2 - активний опiр первинно! i вторинно! обмоток трансформатора;
шдуктившсть розсiювання первинно! i вторинно! обмоток трансформатора; Wl,W2 - кшь-к1сть витшв первинно! i вторинно! обмоток трансформатора; Фо - основний магшгаий потiк в магшто-проводi трансформатора.
При навантаженш основний магнiтний потш в сталевому осердi трансформатора створюеться дiею магнiторушiйно! сили первинно! i вторинно! обмоток.
Основний магнiтний попк Ф0 магнiтопроводу визна-
чимо за виразом:
di l di 2
- U2 = Ml2~T + ^2 + L2~T dt dt
(7)
Формування напруги на вториннш обмотцi трансформатора здшснюеться виходячи з напруги компе-нсацй' яку можна представити вiдповiдним вектором
* * * * T
для трьох фаз U2 — uSF — uSFm uSFb uSFc посль
довного силового активного фшьтру визначаемо [6] як piзницю мiж вектором напруги меpежi
та вектором напруги основно!
гармошки
*Sl+
прямо!
T
USF - US - USl+
послiдовностi
(8)
де Я^ - магнiтний опiр трансформатора; - магшт-на провшшсть магнiтопроводу трансформатора.
Подставивши (3) в (1-2) отримаемо, згвдно з другим законом Юрхгофа для магшгаих к1л, систему ди-ференцiальних рОвнянь електромагнiтних перехiдних процесiв в двообмотковому трансформатора
Для розрахунку вектора напруги основно! гармошки прямо! послшовносп usi+ використаемо складову напруги, яка визначаеться виходячи з пере-дaчi виключно активно! потужностi
ua - \Ua.a и а.b ua.c Y . При цьому додатково масшта-буемо aмплiтуду до задано! амплпуди напруги навантаження U*m наступним шляхом:
USl+ - ua • (ULm / Uam )
a Lm ' u am )
де ампллуда активно! складово! напруги:
2
U am = — l[Uaa + и2 + U
lab
(9)
(10)
Позначимо wiX^— Mц - взаемна шдуктившсть первинно! обмотки трансформатора; w,w2Xm— Mll-^— - взаемш шдуктивносл мiж
Для визначення складово! напруги, яка вшповь дае передачО виключно активно! потужносп иа використаемо положення теори ФрОзе [7,8]. При цьому в якосп струму навантаження використаемо його компоненту основно! гармошки прямо! послвдовносл ¡1+, наступним чином:
Ua —
a т2
I
P . ll+.
RMS
(11)
Квадрат ефективного значення струму визначаеться на шдстаи вимipяного струму за фазами
lRMS
T
J1 s •1 тdt;
(12)
С t-Tc
Активна потужнють P визначаеться шляхом усереднення на пеpiодi мережево! напруги Tc митте-
l
Us =
US.a US.b US.c
USl+.a USl+.b USl+.c
w
l
1S =
lS.a lS.b lS.c
l
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
.T
во1 потужносп p = us • Is :
1 1 1 1 P = T JPdt= T J(Js.a + US.bfS.b + usJs.o(13) Tc t-Tc Tc t-Tc
Компонента основно! rapMOHÎKH прямо! послшо-вносп струму навантаження ii+ , покладаеться ввдно-сною та мае одиничну амплiтуду. Для визначення зазначено! компоненти струму скористаемось наступ-ною послвдовшстю дiй. З вимiряноï напруги мережi us , яка у загальному випадку е несинусоïдальною та несиметричною видiлимо компоненти що ввдповша-ють основнш частотi та симетрично розташоваш. Для цього виконаемо перетворення координат вектору us з рухомоï abc у нерухому dq:
_ rpdq
uS.dq = T abc US '
де Tdqc - матриця трансформацiï abc до dq,
7'dq = 2 =
abc '
3
sin(mit) sin(mit - 120o ) sin((Oit + 120o ) cos(a>it) cos(oit - 120o) cos(oit + 120o)
lS.aß
= T aßu
abc S.abc '
де T®Fc - матриця трансформацп координат abc
abc
до aß
T aß = 2 abc з
1 -1 -1
2 2
0
Гз Гз
2
2
Oit = в = arctg
US.c
- i t
us.d = — J us.ddt; Tc t-tc
- i t US.q = — J USqdt,
T
c t-Tc
Виконуючи зворотне перетворення координат dq до abc вектора u s.dq us.q ] визначимо вектор
напруги мережi прямо! послвдовносп основно! гармо-
шки:
rridq-i
uSi+= Tabc u S.dq.
(21)
Визначимо амплтгуду вектора напруги мережi прям0ï ПOCлiдOBHOCтi u S.dq :
1—2 —2
Udqm =yjUd + Uq .
(22)
(14)
(15)
Для визначення поточно!' фази m it визначимо узагальнений вектор напруги в системi координат aß
(16)
(17)
В результат визначаемо поточну фазу напруги основноï частоти m it :
(18)
US.ß
Усереднюючи на перiодi Tc результат перетворення u s dq визначаемо постшш складовi напруги мережi в координатах dq:
(19)
(20)
Для дослщження запропонованого рiшення в се-редовищi вiзуального програмування на ОЕМ розроблено модель спрощено! системи електроспоживання (рисунок 4) яка включае джерело живлення з е^ва-лентним активним та iндуктивним опорами Three-phese sourse, два джерела вищих гармошк (AC voltage soursel та AC voltage sourse2), блок вимiрювання напруги та струму мережi (Sourse measurement), блок трансформаторiв активного фшьтра (Controlled series transformer), блок вимiрювання напруги та струму навантаження (Load measurment), лшшне активно-шдуктивне навантаження (Three-phase series RLC load).
Схема блоку трансформаторiв наведена на (рис. 3 a) та включае три трансформатори (Linear transformer 1-3) первинна обмотка яких шд'еднана в роз-рив силового кола фаз мережг Для спрощення досль дження режиму вторинна обмотка отримуе живлення вш програмованого джерела ЕРС (Controlled voltage
sourse 1-3). Керуючим сигналом джерела ЕРС е сиг*
нал usf . Цей сигнал формуеться на виходi шдсисте-ми Compensation voltage unit (рис 3б).
На вхвд блоку Compensation voltage unit подаеть-ся напруга мережi Us та активна складова напруги ua. В блоцi f (u) визначаеться амплiтуда активно! складово! напруги за виразом (10).
Активна складова напруги ua формуеться в блош Voltage active components detector (рис.Зв). На вхiд блоку подаеться напруга мереж1 us , компонента основно! гармошки прямо! послшовносл струму навантаження ii+ та струм мереж1 i s. Процес форму -вання сигналу ввдбуваеться за виразами (11-13).
Компонента основно! гармошки прямо! послвдо-вностi струму навантаження ii+ формуеться в блоцi Fundamental harmonic positive sequence detector (рис. Зг), на пiдставi мережево! напруги шляхом виконання трансформацiй та перерахункiв за виразами (14-23).
Параметри елеменпв схеми, яш були використа-m для дослiдження роботи пристрою який тдключе-но через однофазнi трансформатори зведеш до таблиЦ 1.
Для дослщження роботи послiдовного силового активного фшьтра було синтезовано модель пристрою та системи визначення задано! напруги послiдовного силового активного фшьтра (рис 4).
Рисунок. 3 Схеми Схеми блошв модели а - блок Controlled series transformer; б - блок Compensation v oltage unit; в - блок Voltage active components detector; г - Fundamental harmonic positive sequence detector
Таблиця 1. Параметри дослщжувано! модел! послщовного силового активного фшьтра
Елемент Параметр Значення
Tree-phase source Rs, Ohm 0.004
Ls, H 0.004
UnV 380
fs,Hz 50
Linear Transformer 1-3 U„V 380
ln,A 10
Rj,Ohm 0.057
R2,Ohm 0.677
Lb H 2.958T0"5
L2, H 3.53T0"4
Елемент Параметр Значення
Linear Transformer 1-3 Sn, VA 1000
fn,Hz 50
AC voltage sourcel U,V sqrt(2)*40
fHz 3*50
AC voltage source2 U,V sqrt(2)*100
fHz 50
Tree-phase series RLC load Un,V 380
fn,Hz 50
Pn, W 2000
Qn, var 2000
Рисунок. 4 Модель системи визначення сигнала управлшня послщовним силовим активним фшьтром
На (рис. 5) наведет осцилограми напруги мереж по трьом фазам та напруги навантаження по трьом фазам.
400 200 0 -200 -400 400 200 0 -200 -400
usB
/\ А / /\ / /\ А
М X, \/ "у
— t,c
"^Ч N
и/\\ ' кж /
\/ \/ n < X <
х.—у L у t,c
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
Рисунок. 6 Осцилограми напруги ыт та струму 1Т трансформатора
Для оцшки впливу трансформатора на напругу навантаження проведено серш експерименлв iз змшою активною потужтстю навантаження Р=2— 10кВт. Результата занесет до таблиц 2.
Таблиця 2. Результата дослщжень рiвня напруги навантаження
PL,Kßm 2 4 6 8 10
Us ,в A 222.8 222.5 222.2 222 221. 7
B 219.1 218.9 218.6 218.4 218. 1
C 189.9 189.7 189.4 189.2 188. 9
UL,B A 217 216.7 216.3 216 215. 7
B 217 216.7 216.3 216 215. 7
C 217 216.6 216.3 216 215.
7
PT, Вт 138,7 141,2 144,8 149,7 155, 8
Qt, Вар 181,2 366,2 549,9 735,2 919, 4
THDU 1,298 1,296 1,293 1,291 1,28 9
Рисунок. 5 Осцилограми напруги мереж1 us та напруг навантаження uL
На (рис. 6) наведет осцилограми напруги та струму одного з трансформаторiв активного фшьтру. Слад вщзначити що напруга та струм трансформатора мають рiзну форму. В цьому випадку струм трансформатора зумовлений режимом навантаження Tree-phase series RLC load, а напруга зумовлена викрив-леннями мережево! напруги вщносно напруги основно! гармонiки прямо! послщовносл.
100
50
0
-50 -100
V. ВИСНОВКИ
Розроблено модель послщовного силового активного фшьтру в системi електроспоживання з лiнiй-ним симетричним навантаженням на несинусо!даль-ною напругою мереж1 живлення, в якш врахованi па-раметри схеми замщення трансформаторiв фiльтру. Розроблена блок схема системи управлтня послщов-ним силовим активним фiльтром дозволяе регулювати вихвдну напругу фiльтру та забезпечуе !! синусо!даль-нiсть та симетрiю. В дослшжуваному випадку при змiнi потужносп навантаження в розрахунковому дiапазонi зниження дшчого значення напруги навантаження не перевищуе 1%. Пропоноване ршення по-требуе дослщження для випадку нелтшного навантаження. Пропоноване ршення потребуе дослiдження для випадку нелшшного навантаження.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
[1] Popescu, М. Optimum control strategy of three-phase shunt active filter World Academy of Science / M. Popescu. - 2009.- №10 - 1810-1815 p.
[2] Жежеленко, И. В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях / Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. - М. : Энергоатомиздат, 2000. - 252 с.
[3] Власенко, Р.В. Порiвняння методiв компенсаци неактивно! потужносп трифазним силовим активним фетром з адаптивним релейним регулятором струму / Р. Власенко. - Електротехтка та електроенергетика. - 2014. - №2 - С. 20-27 c.
[4] Dixon, J.W. Analysis and evaluation of different modulation techniques for active power filters / Dixon J.W., Tepper S.M., Moran L.T. - APEC 94. -1994. - 900 c.
[5] Васютинский, С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов / С.Б. Васютинский - Л. : Энергия, 1970. - 432 с
[6] Ucar, M., Ozdemir S., Ozdemir E. A four-leg unified series-parallel active filter system for periodic and non-periodic disturbance compensation / Mehmet Ucar.- Electric Power Systems Research. -2010. - № 4 - С. 1132.
[7] Власенко, Р. В. Система регулювання трифазного паралельного силового активного фшьтра з нечетким регулятором в контурi струму / Р. В. Власен-ко, О. В. Бялобржеський, С. С. Бондаренко, С. М Якимець. // Вюник Кременчуцького нацюнально-го утверситету iм. Михайла Остроградського. -2016 - №6(101) - C. 15-21.
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
[8] Власенко, Р. В. Корекцш алгоритму визначення заданого струму силового активного фшьтра на основ1 теори Фр1зе в умовах несиметри / Р.В. Власенко, О.В. Бялобржеський // Електротехшка та електроенергетика. - 2016. - № 1 - 4-6.
[9] Jantzen J. Tuning of fuzzy PID controllers / Jan Jantzen // Technical University of Denmark, Tech. -1998. - 22p.
[10] Сегеда М.С. Електричш мереж1 та системи / М. С. Сегеда - Лв.: НУ «Льв1вська полгтехшка», 2007 - 488 с.
[11] Лазерев Ю. Моделирование процессов и систем Matlab / Ю. Лазерев. - Питер : Питер, 2005.- 280с.
[12]Алексеев Б.А. Активные фильтры высших гармоник / Б. А. Алексеев. - М. : Электро. - 2007. - № 3. - С. 28-32.
[13] Лохов С.М. Энергетические составляющие мощности вентильных преобразователей / С. М. Лохов. - Челябинск : ЮУрГУ. - 1999. - ч.1. - 106 с.
[14] Жемеров Г.Г. Теория мощности Фризе и современные теории мощности / Г. Г. Жемеров. -Електротехшка i електромехашка. - 2007. - №6. -С. 63-65.
[1] Zakis J. Feasibility study of flexible systems for reactive power compensation / J. Zakis // Техшчна електродинамгка. - 2010. -№10. - C. 14-20p.
[15] Алексеев Б.А. Активные фильтры высших гар-
моник / Б. А. Алексеев. - Электро. - 2007. - № 3. -28-32.
[16]Волков, А. В Исследование функционирования и энергоэффективности применения силового активного фильтра для четырехпроводной трехфазной сети переменного напряжения / А.В. Волков, В.П. Метельский, В.А. Волков // Техтчна електродинамжа. - 2010. - № 5. - С. 61-68.
[17]Жуйков, В.Я. Особливосп режимiв роботи ФКП / В.Я. Жуйков, Д. А. Миколаець // Техшчна електродинамжа. - 2011. - Част. 1. - С. 24-29.
[18]Жемеров, Г.Г. Коэффициент несинусоидальности напряжения сети в точке подключения активного выпрямителя / Жемеров Г.Г., Ковальчук О.И. // Техтчна електродинамша. - 2011. - № 3. - С. 3340.
[19]Чаплыгин, Е.Е. Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией: учебное пособие / Е.Е. Чаплыгин. - М.: МЭИ, 2009. - 56 с.
[20] Колб, А.А. Електромагнггш процеси в силових активних компенсаторах неактивних складових потужносл / А.А. Колоб - Кременчук: КДПУ, 2009. - №4 - 160-165.
Стаття иа.иишла до редакци 06.04.2018
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО АКТИВНОГО ФИЛЬТРА НА КАЧЕСТВО
НАПРЯЖЕНИЯ
БОНДАРЕНКО С.С.
БЯЛОБРЖЕСЬКИИ О.В.
ВЛАСЕНКО Р.В.
аспирант кафедры систем электроснабжения и энергетического менеджмента Кременчугского национального университета им. Михаила Остроградского, Кременчуг, Украина, е-шаЛ: [email protected];;
канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры систем электроснабжения и энергетического менеджмента Кременчугского национального университета им. Михаила Остроградского, Кременчуг, Украина, е-шаП: [email protected]
асистент кафедры систем электроснабжения и энергетического менеджмента Кременчугского национального университета им. Михаила Остроградского, Кременчуг, Украина, е-шаЛ: [email protected];
Цель работы. Исследовать особенности использования трансформаторов последовательного силового активного фильтра для реализации продольной компенсации
Методы исследования. Методы решения систем дифференциальных уравнений первого порядка, методы матричных преобразований, методы численного моделирования, методы расчета активной части мощности Фризе, методы теории преобразования систем координат..
Полученные результаты. Разработана функциональная схема последовательного силового активного фильтра при реализации продольной компенсации, исследована связь параметров трансформатора с параметрами режима, рассмотрены процессы, протекающие в трансформаторе, разработан способ определения сигнала управления последовательного фильтра, в среде визуального программирования разработана модель упрощенной системы электропотребления, проведено звено исследований, на основании анализа которых показана эффективность применения предлагаемого решения по уровню напряжения погрузочные таження. Для оценки влияния трансформатора на напряжение нагрузки проведена серия экспериментов с изменением активной мощностью нагрузки. Сформулированы выводы касетельно воздействию параметров трансформаторов активного фильтра на напряжение нагрузки.
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
Научна новизна. Несоблюдение качества энергетических показателей приводит к экономическим потерям, снижением надежности функционирование электрических сетей и нарушение технологических процессов, увеличению дополнительных потерь в сетях и элементах электрооборудования, сокращением срока службы силового электрооборудования энергетических систем. Продольная компенсация является одним из решений для обеспечения качества электроэнергии. компенсация обеспечивает повышение динамической устойчивости линии электропередачи и стабильность напряжения основной сети. На основании анализа известных работ установлено, что пассивные компенсаторы с неизменной структурой все менее удовлетворяют требования к поддержке качества электроэнергии. Как следствие, разрабатываются и внедряются управляемые филь-рокомпенсуючи устройства - силовые активные фильтры. Принцип действия компенсатора - постоянно создает гармоничные напряжения, которые точно соответствуют гармоническим компонентам, генерируемые нагрузкой. Компенсируется искажения, уже присутствует в системе электропитания. В результате напряжение остается синусоидальным. Компенсационные свойства активного фильтра зависят от алгоритма определения сигнала управления. С приминением теории мощности Фризе предложена определенная последовательность синтеза сигнала управления последовательным силовым активным фильтром.
Практическая ценность. Создана определенная последовательность синтеза сигнала управления компенсатором, исследовано влияние трансформаторов последовательного силового активного фильтра при реализации продольной компенсации.
Ключевые слова: поздовжня компенсаця; силовий активный фтьтр; трансформатор; теория Фризе.
INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF THE TRANSFORMER OF A SERIES ACTIVE FILTER ON THE QUALITY OF VOLTAGE
BONDARENKO S.S. post-graduate student of the Department of Power Supply and Energy
Management Systems of the Kremenchuk National University, Kremenchug, Ukraine,e-mail: [email protected];
BIALOBRZHESKYI O.V. Ph.D, Associate professor, Associate professor of the Department of Power
Supply Systems and Energy Management of the Kremenchug National University. Mikhail Ostrogradsky, Kremenchug, Ukraine,e-mail: seemAl@kdu. edu.ua
VLASENKO R.V assistant of the Department of Power Supply Systems and Energy Management
of the Kremenchug National University. Mikhail Ostrogradsky, Kremenchug, Ukraine, e-mail: [email protected];
Purpose. Investigate the features of using a series power transformer for the implementation of longitudinal compensation.
Methodology. Methods of solving systems of differential equations of the first order, methods of matrix transformations, methods of numerical simulation, methods of calculating the active part of Frieze power, methods of the theory of transformation of coordinate systems.
Findings. The functional scheme of the successive power active filter is realized in the implementation of longitudinal compensation, the connection of the parameters of the transformer with the parameters of the mode is investigated, the processes that take place in the transformer are considered, a method for determining the signal of the control of the successive filter is developed, in the visual programming environment a model of the simplified system of electricity consumption has been developed, researches, on the basis of which analysis, the efficiency of application of the proposed solution according to the level of voltage on the invoice is shown ancestry A series of experiments with a change in the active load power was carried out to assess the impact of the transformer on the load voltage. The conclusions of the influence of the parameters of the active filter transformers on the load voltage are formulated.
Originality. Non-compliance with the quality of energy indicators leads to economic losses, reduced reliability of operation of electric networks and violation of technological processes, increase of additional losses in networks and elements of electrical equipment, shortening of service life of electrical power equipment ofpower systems. Longitudinal compensation is one of the solutions for ensuring the quality of electricity. Compensation provides for increasing the dynamic stability of the transmission line and the stability of the main network voltage. On the basis of the analysis of known works, it has been established that passive compensators with a permanent structure are less satisfied with the requirements for maintaining the quality of electricity. As a result, controlled filter compensating devices are developed and implemented - power active filters. The principle of the compensator - constantly creates harmonic voltages that exactly match the harmonic components generated by the load. The distortion is already compensated, already present in the power supply system. As a result, the voltage remains sinusoidal. The compensatory properties of the active filter depend on the algorithm for determining the control signal. With the use of the Frize power theory, a cer-
ISSN 2521-6244 (Online) Po3gi. «E.eKTpoeHepreraKa»
tain sequence of the synthesis of a control signal by a series active active filter is proposed.
Practical value. A certain sequence of synthesizing the control signal of the compensator has been created, the effect of the power active filter transformers has been investigated for the realization of longitudinal compensation.
Keywords: compensator; power
active
filter;
transformer; Frize
theory.
REFERENCES
[1] Popescu, M. (2010). Optimum control strategy of three-phase shunt active filter. World Academy of Science, 10, 1810-1815. [in English]
[2] Zhezhelenko I.V., Saenko Ju.L. (2000). Pokazateli kachestva jelektrojenergii i ih kontrol' na pro-myshlennyh predprijatijah [Indicators of power quality and their control in industrial enterprises]. Ener-goatomsidat, 252. [in Russian]
[3] Vlasenko, R., & Bialobrzeski, O. (2014). The analysis of energy processes in three-phase active power filter using spectral modeling. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 12-18. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2014-1-2 [in Ukraine]
[4] Dixon J.W., Tepper S.M., Moran L.T. (1994). Analysis and evaluation of different modulation techniques for active power filters. Applied power electronics conference and exposition. England: APEC 94, 900. [in English]
[5] Vasjutinskij, S.B. (1970). Questions of the theory and calculation of transformers. Energy, 432. [in Russian]
[6] Ucar, M., Ozdemir, S., Ozdemir, E. (2011). A four-leg unified series-parallel active filter system for periodic and non-periodic disturbance compensation. Electric Power Systems Research, 81 - 1132. [in English]
[7] Vlasenko, R. V., Bjalobrzhes'kij, O. V., Bondarenko, S. S., Jakimec', S.M. (2016). Sistema reguljuvannja trifaznogo paralel'nogo si-lovogo aktivnogo fil'tra z nechitkim reguljatorom v konturi strumu [Control system for the three-phase parallel-active active filter with fuzzy controller in the current circuit]. Visnik Kremenchuc'kogo nacional'nogo universitetu im. Mi-hajla Ostrograds'kogo, 15-21. [in Ukraine]
[8] Vlasenko, R., & Bialobrzeski, O. (2016). Correction algorithm for determining the given current active power filter based on the theory power fryze in terms of asymmetry. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 57-63. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-1-8 [in Ukraine]
[9] Jantzen, J. (1998). Tuning of fuzzy PID controllers. Technical University of Denmark. Tech. report, 1, 22. [in English]
[10] Segeda, M. S. (2007). Elektrichni merezhi ta sistemi [Electric networks and systems]. Lviv. L'vivs'ka politehnika, 488. [in Russian]
[11]Lazerev, J. (2005). Modelirovanie processov i sistem Matlab [Modeling of Matlab processes and systems]. Piter, 280. [in Russian]
[12]Alekseev, B.A. (2007). Active harmonic filters [Ak-tivnye fil'try vysshih garmonik]. M. Electro, 28-32. [ in Russian]
[13]Lohov, S.M. (1999). Jenergeticheskie sostavlja-jushhie moshhnosti ventil'nyh preobrazovatelej [Energy components of the power of the gate converters]. Cheljabinsk. JuUrGU, 106. [in Russian]
[14]Zhemerov, G.G. (2007). Teorija moshhnosti Frize i sovremennye teorii moshhnosti [The theory of Friese's power and modern theory of power]. Elektro-tehnika i elektromehanika, 63-65. [in Russian]
[15] J. Zakis, D. Vinnikov, J. Laugis, I. Rankirs. (2010). Feasibility study of flexible systems for reactive power compensation. Latvia, 14-20. ( in Russian)
[16] Alekseev, B.A. (2007). Active harmonic filters [Ak-tivnye fil'try vysshih garmonik]. Electro, 28-32. [in Russian]
[17]Volkov, A.V. (2010). V Issledovanie funkcioniro-vanija i jenergojef-fektivnosti primenenija silovogo aktivnogo fil'tra dlja chetyrehprovodnoj trehfaznoj seti peremennogo naprjazhenija [Study of the functioning and energy efficiency of the use of a power active filter for a four-wire three-phase alternating voltage network]. Tehnichna elektrodinamika, 5, 6168. [in Russian]
[18]Zhujkov, V.J., Mikolayetz, D.A. (2011). Features of modes work a filtering compensating devices. Tekhnichna elektrodynamika, 1, 24-29. ( in Russian)
[19]Zhemerov, G.G. and Kovalchuk, O.I. (2011). Kojeffi-cient nesinusoidal'nosti naprjazhenija seti v tochke podkljuchenija aktivnogo vyprjamitelja [Voltage nonsinusoidality ratio of a network in a point of connection of the active rectifier], Tekhnichna elektro-dynami, 1, 33-40. [in Russian]
[20]Tchaplygin, E.E. (2009). Spectralnoye modeliro-vaniye preobrazovateley c shirotno-impulsnoy modu-lyaciyey [Spectral modelling of converters with pulse-width modulation] tutorial. Moscow, MEI, 1, 56. [in Russian]
[21]Kolb, A.A. (2009). Elektromagnitni procesi v silovih aktivnih kompen-satorah neaktivnih skladovih po-tuzhnosti [Electromagnetic processes in power active filters of inactive components of capacity]. Transaction of Kremenchuk State Polytechnic University, 2, 160-165. [in Ukraine]
