CC BY
1
Jarostaw T^pinski3'*
a) Scientific and Research Centre for Fire Protection - National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej im. Jozefa Tuliszkowskiego - Panstwowy Instytut Badawczy * Corresponding author / Autor korespondencyjny: jtepinski@cnbop.pl
Converter Compensation of Reactive Power Consumed by the Induction Generator
Przeksztattnikowa kompensacja mocy biernej pobieranej przez generator indukcyjny
ABSTRACT
Purpose: The purpose of the article is to present a reactive power compensation for small hydropower plants with an induction generator. The classic compensation with capacitors is discussed and its improvement is proposed. Instead of capacitors, a three level power electronic converter connected in parallel to the induction generator can be used to provide reactive power compensation. The purpose of the paper is to present the developed structure of an active compensator and its control method. The developed control method was verified on a laboratory stand.
The project and the methods: As part of research, an active compensator was built as a three-level power electronic converter in topology with Neutral Point Clamped. Laboratory tests of a converter compensator were carried out on a stand equipped with an induction generator with a power of 7.5 kW. Laboratory system measurements were made using a power analyzer and an oscilloscope.
Results: A control structure of an active compensator based on a voltage-oriented method was presented and discussed. The operation of the converter compensator has been verified on a laboratory stand equipped with a 7.5 kW induction generator. The compensator current reduces the reactive (inductive) component of the current consumed from a power grid to a value equal to zero. The reactive power compensator ensures that the tgq power factor is maintained at a set value of zero, which corresponds to the total compensation of inductive reactive power consumed by an induction generator working in a hydropower plant. Operation of the active compensator did not cause a significant increase in the harmonic content in the current consumed from the power grid.
Conclusions: The paper presents the issues regarding reactive power compensation in hydropower plants with induction generators. Commonly used capacitor compensation has been covered and as a result, it is proposed to replace it with power electronics converter compensation of reactive power connected in parallel induction generators. Active compensator provides compensation for the entire reactive power consumed by the induction generator. The use of the converter compensator of reactive power significantly contributes to the reduction of costs for reactive power incurred by the owners of hydropower plants. The reactive power compensator also has a positive impact on the operation of the entire power grid, power losses from the reactive component of the current on the impedances of power grid components are limited. Keywords: renewable source of electricity, reactive power, active compensator, induction generator Type of article: original scientific article
Received: 13.05.2021; Reviewed: 27.06.2021; Accepted: 28.06.2021; Authors" ORCID ID: J. Tçpinski - 0000-0002-5005-2795;
Please cite as: SFT Vol. 57 Issue 1, 2021, pp. 64-79, https://doi.Org/10.12845/sft.57.1.2021.5;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.Org/licenses/by-sa/4.0/).
ABSTRAKT
Cel: Celem artykulu jest przedstawienie zagadnien kompensacji mocy biernej w malych elektrowniach wodnych wyposazonych w generatory indukcyjne. Omöwiono pasywnq kondensatorowq kompensacjç mocy biernej i zaproponowano zastqpienie jej przeksztaltnikowym aktywnym ukladem kompensacji przylqczonym röwnolegle do generatora indukcyjnego. Opracowana struktura przeksztaltnikowego kompensatora oraz metoda jego sterowania zostaly zweryfikowane na stanowisku laboratoryjnym.
Projekt i metody: Zbudowano aktywny kompensator mocy biernej, w sklad ktörego wchodzi przeksztaltnik energoelektroniczny wykonany w topologii tröjpoziomowej z diodami poziomujqcymi przylqczonymi z punktem neutralnym. Badania laboratoryjne aktywnego kompensatora przeprowadzono na generatorze indukcyjnym o mocy 7,5 kW. Pomiary parametröw pracy przeksztaltnikowego kompensatora wykonano przy wykorzystaniu analizatora jakosci energii i oscyloskopu.
Wyniki: Przedstawiono i omowiono uklad sterowania aktywnego kompensatora bazujqcy na zmodyfikowanej metodzie zorientowanej napi^ciowo. Dzia-lanie kompensatora zostalo zweryfikowane na stanowisku laboratoryjnym wyposazonym w generator indukcyjny o mocy 7,5 kW. Prqd kompensatora zmniejsza skladowq biernq (indukcyjnq) prqdu pobieranego z sieci do wartosci bliskiej lub rownej zero. Aktywny kompensator mocy biernej zapewnia utrzymanie wspolczynnika mocy tgq> na poziomie 0, co odpowiada calkowitej kompensacji mocy biernej indukcyjnej pobieranej przez generator elektrowni wodnej. Praca aktywnego kompensatora nie powoduje znacznego wzrostu zawartosci harmonicznych w prqdzie pobieranym z sieci elektroenergetycznej. Wnioski: W artykule przedstawiono zagadnienia kompensacji mocy biernej w elektrowniach wodnych z generatorami indukcyjnymi. Zaproponowano zastqpienie tradycyjnych metod kompensacji kompensatorem aktywnym przylqczonym rownolegle do generatora indukcyjnego. Przeksztaltnikowy kompensator zapewnia calkowitq kompensacji mocy biernej pobieranej przez generator indukcyjny. Zastosowanie aktywnego kompensatora przyczyni si§ do redukcji kosztow ponoszonych za pobor mocy biernej przez wlascicieli elektrowni wodnych i wiatrowych wyposazonych w generatory indukcyjne. Przeksztaltnikowy kompensator mocy biernej ma ponadto pozytywny wplyw na prac§ calej sieci elektroenergetycznej, ograniczone sq straty mocy od skladowej biernej prqdu na impedancjach podzespolow sieci elektroenergetycznej.
Stowa kluczowe: odnawialne zrodla energii elektrycznej, moc bierna, aktywny kompensator, generator indukcyjny Typ artykutu: oryginalny artykul naukowy
Przyj?ty: 13.05.2021; Zrecenzowany: 27.06.2021; Zaakceptowany: 28.06.2021; Identyfikator ORCID autora: J. T^pinski - 0000-0002-5005-2795;
Prosz? cytowac: SFT Vol. 57 Issue 1, 2021, pp. 64-79, https://doi.org/10.12845/sft.571.2021.5; Artykul udost^pniany na licencji CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
Introduction
Population increase, high economic growth and technological progress have all led to an increasing demand for electric energy. Currently used energy sources in the form of fossil fuels have significantly polluted the natural environment which results in climate change. Consequently, increasing the amount of energy produced from renewable sources is a must today. The issues of reducing greenhouse gas emission and increased share of renewable energy sources on the EU level have been regulated with the directive of the European Parliament and European Council 2018/2001 (RED II - promotion of energy from renewable sources) [1]. In compliance with the above mentioned act the share of renewable energy sources will have to increase by 32% by 2030. Renewable energy is the one obtained from natural processes, creating alternatives to traditional primary non-renewable energy carriers - fossil fuels. Using renewable source energy instead of the traditional one contributes to a lower negative impact of energy sector on environment, mainly thanks to lower emissions of harmful substances, especially greenhouse gas. The most popular and widespread sources of renewable energy are water, wind and solar radiation.
Most often, the simplest power generation systems with cage induction generators are used to produce electricity in small and medium-sized hydropower and wind farms [2-3]. The main reason for using induction generators, compared to synchronous ones, is easier synchronization with the power grid, greater resistance to interference from the power grid and turbines, simpler protection systems and lower prices [2]. The condition for the appearance of electromotive force at induction generator terminals is the generation of a magnetic field in the motor core, whose main source is inductive reactive power taken from the power grid. Water turbines have a relatively low rotation speed and for this reason a generator is driven by a gear box. In order to reduce the gear ratio, induction generators with low synchronous
Wprowadzenie
Wzrost liczby ludnosci, duze tempo rozwoju gospodarczego oraz post?p w zakresie tworzenia i wykorzystania nowych tech-nologii powodujq, ze zapotrzebowanie na energy elektrycznq caty czas rosnie. Obecnie stosowane zrodta energii, w postaci paliw kopalnianych, wptywajq na znaczne zanieczyszczenie sro-dowiska, przyczyniajqc si? do zmiany klimatu. Dlatego zwi?k-szenie ilosci energii produkowanej ze zrodet odnawialnych jest dzisiaj koniecznosciq. Zagadnienia ograniczenia emisji gazow cieplarnianych oraz zwi?kszenia udziatu odnawialnych zrodet energii na poziomie Unii Europejskiej zostato uregulowane dyrek-tywq Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001 (RED II - promowania stosowania energii ze zrodet odnawialnych) [1]. Zgodnie z zapisami powyzszej dyrektywy do roku 2030 wktad odnawialnych zrodet energii w ogolnym bilansie energetycznym ma wynosic 32%. Energia odnawialna to energia uzyskiwana z naturalnych procesow przyrodniczych, stwarzajqca alterna-tyw? dla tradycyjnych pierwotnych nieodnawialnych nosnikow energii - paliw kopalnych. Wykorzystywanie zrodet odnawialnych w zast?pstwie tradycyjnych kopalnianych zrodet energii przyczy-nia si? do zmniejszenia szkodliwych oddziatywan energetyki na srodowisko naturalne, gtownie przez ograniczenie emisji szkodliwych substancji, zwtaszcza gazow cieplarnianych. Do najbardziej popularnych i - tym samym - najintensywniej wykorzystywa-nych odnawialnych zrodet energii nalezq te uzyskiwane z grawi-tacji wody, wiatru i promieniowania stonecznego.
Najcz?sciej do produkcji energii elektrycznej w matych i sred-nich elektrowniach wodnych oraz wiatrowych wykorzystywane sq najprostsze uktady wytwarzania energii z generatorami indukcyjnymi klatkowymi [2-3]. Gtownq przyczynq stosowania gene-ratorow indukcyjnych, w porownaniu z synchronicznymi, jest tatwiejsza synchronizacja z sieciq elektroenergetycznq, wi?ksza odpornosc na zaktocenia pochodzqce z sieci oraz turbin, prost-sze uktady zabezpieczen i nizsze ceny [2]. W wyniku wytwarzania
speed (a large number of poles) [4] are used for water turbines, which entails the need for a relatively high magnetizing current (reactive current), relative to the rated current. Inductive reactive power deficit in power grid implies that this power consumption by induction generators should be interpreted as a negative feature that does not occur in the case of synchronous generators working in overexcitation (producing inductive reactive power). Power grid operators require a power factor tgq>, as measured at hydropower plant terminals, less than or equal to 0.4. The power factor tgq> (1) is determined as the ratio of reactive power Q consumed to the active power P produced by the generator. The relationship (1) is true, disregarding voltage and current distortions.
„ Q U ■ I • sin a>
to <p= — =-TP U-Icostp (1)
The paper also covers passive and active reactive power compensators scrutinising their use in hydropower plants with induction generators. Still, these compensators have much wider application possibilities, practically in every place where reactive power compensation is needed (e.g. in wind farms or industrial plants). Block diagram of a hydropower plant with an induction generator (IG) connected directly to the power grid (PG) is shown in Figure 1. Reactive power consumed from the power grid by induction generator depends on the moment supplied by the water turbine (WT). The reactive power of a generator connected to the power grid may change along with the torque delivered by the turbine in the boundary, most often up to a dozen or so percent.
w rdzeniu silnika indukcyjnego pola magnetycznego, którego gtów-nym zródtem jest moc bierna indukcyjna pobierana z sieci elektro-energetycznej, na zaciskach generatora pojawia si? sita elektromo-toryczna. Turbiny wodne cechujq si? stosunkowo niskq pr?dkosciq wirowania i dlatego generator jest nap?dzany przez przektadnie podwyzszajqce. W celu zmniejszenia wartosci przetozenia sto-suje si? dla turbin wodnych generatory indukcyjne z niskq pr?dko-sciq synchronicznq (duzq liczbq biegunów) [4], co pocilga za sobq zapotrzebowanie na stosunkowo duzy - w odniesieniu do prqdu znamionowego - prqd magnesowania (prqd bierny). Deficyt mocy biernej indukcyjnej w sieci decyduje o tym, ze pobór tej mocy przez generatory indukcyjne nalezy interpretowac jako negatywnq cech?, która nie wyst?puje w przypadku generatorów synchronicznych pracujqcych przy przewzbudzeniu (wytwarzajqcych moc biernq indukcyjnq). Operatorzy sieci elektroenergetycznej wymagajq zapewnienia wspótczynnika mocy tgq>, mierzonego na zaciskach elektrowni wodnej, mniejszego bqdz równego 0,4. Wspótczynnik mocy tgq> (1) rozumiany jest jako stosunek mocy biernej Q pobie-ranej do mocy czynnej P oddawanej przez generator. Zaleznosc (1) jest prawdziwa przy pomini?ciu odksztatcen napi?cia i prqdu. . Q _ U ■ I • sin cp
' (1)
tgtp-
P U-Icostp
W artykule omówiono pasywne i aktywne kompensatory mocy biernej na przyktadzie wykorzystania ich w elektrowniach wodnych z generatorami indukcyjnymi, ale kompensatory te majq znacznie szersze mozliwosci zastosowania - praktycznie wsz?-dzie tam, gdzie kompensacja mocy biernej jest potrzebna (np. w elektrowniach wiatrowych lub zaktadach przemystowych). Na rycinie 1 przedstawiono schemat blokowy elektrowni wodnej z generatorem indukcyjnym (IG) podtqczonej bezposrednio do sieci elektroenergetycznej (PG). Moc bierna, pobierana z sieci elektroenergetycznej przez generator indukcyjny, zalezna jest od momentu dostarczonego przez turbin? wodnq (WT). Moc bierna generatora podtqczonego do sieci elektroenergetycznej moze si? zmieniac wraz ze zmianq momentu dostarczanym przez turbin?, w granicy do ok. kilkunastu procent.
Figure 1. Block diagram of a hydropower plant with induction generator connected to the power grid
Rycina 1. Schemat blokowy elektrowni wodnej z generatorem indukcyjnym podtgczonym do sieci elektroenergetycznej
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
On further consideration, current orientation relative to the power grid voltage was adopted. Active component of the current is understood to be the component in phase with the power grid voltage. The reactive current component is the one shifted relative to the grid voltage by 90 electrical degrees. Determination
Do dalszych rozwazan przyj?to orientacj? prqdów wzgl?-dem napi?cia sieci elektroenergetycznej. Jako sktadowq czynnq prqdu nalezy rozumiec sktadowq b?dqcq w fazie z napi?ciem sieci. Sktadowa bierna prqdu to sktadowa przesuni?ta wzgl?dem napi?cia sieci o 90 stopni elektrycznych. Wyznaczenie sktadowej
of the active and reactive component of current consists in the transformation of three-phase quantities into a rotating xy coordinate system (Clarke-Park transformation) [5].
Current vector hG of the generator at load state has the active component i!Gx supplied to the power grid and the inductive reactive component i !Gy taken from the power grid (see Figure 2). The increase in generator load torque makes the reactive component i!Gy of the stator current increase. Current vector lG of the loaded induction generator is shifted relative to the power grid voltage vector LpG at an angle of y!G. The stator current lG of the induction machine is equal to the current vector IPG of the power grid.
czynnej i biernej prqdu polega na transformacji wielkosci trojfa-zowych do wirujqcego uktadu wspôtrzçdnych xy (przeksztatce-nie Clarke'a-Parka) [5].
Wektor przestrzenny prqdu obciqzonego generatora I!G posiada sktadowq czynnq i GGx oddawanq do sieci i indukcyjnq skta-dowq biernq i!Gy pobieranq z sieci (zob. ryc. 2). Wzrost momentu obciqzenia generatora powoduje powiçkszenie sktadowej biernej prqdu stojana i!Gy. Wektor przestrzenny prqdu obciqzonego generatora [!G przesuniçty jest wzglçdem wektora przestrzennego napiçcia sieci elektroenergetycznej UPG o kqt y!G. Wektor przestrzenny prqdu stojana maszyny indukcyjnej I!G jest rowny wek-torowi przestrzennemu prqdu sieci IPG.
Figure 2. Currents and voltage of the loaded generator (IG): a) phasor diagram, b) time diagram: y G - phase shift angle of the generator stator current relative to the grid voltage
Rycina 2. Prqdy i napiçcie obciqzonego generatora (IG): a) wykres wektorowy, b) przebiegi czasowe: y G - kqt przesuniçcia fazowego prqdu stojana generatora wzglçdem napiçcia sieci
Source: Own elaboration. Zrôdto: Opracowanie wtasne.
Passive compensation of reactive power in hydropower plants with induction generator
Reactive power compensation consists of assembly and adjustment of reactive power consumption device appropriate for a system. In case of inductive reactive power compensation, this process involves the reduction of reactive power by increasing the production of capacitive reactive power with the same value but opposite sign. As a result, reactive power consumed and produced are balanced and the power factor tgy drops to a value close to 0 (operating state at total reactive power compensation). Owners of hydropower plants with induction generators receive remuneration for active power supplied to the power grid, and pay for induction reactive power consumed. If the power factor tgy on terminals of the hydropower plants is greater than required (tgy = 0.4) by power grid operators, power plant owners pay fines, which can in extreme cases lead to losses made by the power plant.
The main way of reactive power compensation in the hydropower plants is to use capacitor banks connected in parallel to the induction generator [2-3, 6]. The block diagram of a hydropower plant with an induction generator and passive capacitor compensation of reactive power is shown in Figure 3. The vector
Pasywna kompensacja mocy biernej w elektrowniach wodnych z generatorem indukcyjnym
Kompensacja mocy biernej polega na montazu i regulacji odpowiedniego do danego systemu urzqdzenia bilansujqcego pobor mocy biernej. W przypadku kompensacji mocy biernej indukcyjnej proces ten polega na redukcji mocy biernej przez zwiçkszenie produkcji mocy biernej pojemnosciowej o takiej samej wartosci, lecz przeciwnym znaku. W efekcie czego moc bierna pobrana i oddana bilansujq siç, a wspotczynnik mocy tgy zmniejsza siç do wartosci bliskiej 0 (stan pracy przy catkowi-tej kompensacji mocy biernej). Wtasciciele elektrowni wodnych z generatorami indukcyjnymi otrzymujq wynagrodzenie za dostar-czanq do sieci moc czynnq, a ptacq za pobieranq moc biernq induk-cyjnq. W przypadku, gdy wspotczynnik mocy tgy na zaciskach elektrowni wodnej jest wiçkszy niz wymagany (tgy = 0,4) przez operatorow sieci, wtasciciele elektrowni ptacq kary pieniçzne, co moze w skrajnych przypadkach doprowadzic do nieoptacalnosci pracy elektrowni.
Najczçsciej do kompensacji mocy biernej, w tym takze w elektrowniach wodnych, wykorzystywane sq baterie kondensatorow przytqczone rownolegle do sieci elektroenergetycznej [2-3, 6]. Schemat blokowy elektrowni wodnej, z generatorem indukcyjnym
diagrams of voltages and currents of the power generation system in a hydropower plant with a capacitor bank are presented in Figure 4. The passive capacitor (CB) is the source of capacitive (leading) reactive power and receives from the power grid the current ICB shifted relative to the voltage UPG at an angle of 90° (see Figure 4). The capacitor battery current CB reduces the reactive (inductive) component of current iPGy received from the power grid. The use of capacitor banks for reactive power compensation makes a change in phase shift between current lpG and voltage Upg from ф!С to фрС (see Figure 4).
oraz pasywnq kondensatorowq kompensacjq mocy biernej, przedstawiono na rycinie 3. Wykresy wektorowe napiçc i prq-dów uktadu wytwarzania energii w elektrowni wodnej z bateriq kondensatorów przedstawiono na rycinie 4. Pasywny konden-satorowy kompensator (CB) jest zródtem mocy biernej pojem-nosciowej i pobiera z sieci prqd ¡CB przesuniçty wzglçdem napiçcia UPG o kqt 90° (zob. ryc. 4). Prqd baterii kondensatorów ¡CB zmniej-sza sktadowq biernq (indukcyjnq) prqdu pobieranego z sieci iPGy. W wyniku zastosowania baterii kondensatorów, przesuniçcie fazowe pomiçdzy prüdem ¡Po i napiçciem UPG zmienia siç z do фро (zob. ryc. 4).
Figure 3. Block diagram of a hydropower plant with induction generator and passive power compensation: (CB) - capacitor bank, ICB - current vector receive by the capacitor bank
Rycina 3. Schemat blokowy elektrowni wodnej z generatorem indukcyjnym oraz pasywng kompensacjg mocy biernej: (CB) - bateria kondensatorow, ICB - wektor przestrzenny prgdu pobieranego przez bateriç kondensatorow
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Figure 4. Reactive power compensation using capacitor banks: a) phasor diagram, b) time diagram: yCB - the phase shift angle of the current consumed by the capacitor bank relative to the voltage, ype - phase shift angle of the current consumed from the power grid relative to the power grid voltage Rycina 4. Kompensacja mocy biernej za pomocg baterii kondensatorow: a) wykres wektorowy, b) przebiegi czasowe: yCB - kgt przesuniçcia fazowego prgdu pobieranego przez bateriç kondensatorow wzglçdem napiçcia, ype - kgt przesuniçcia fazowego prgdu pobieranego z sieci wzglçdem napiçcia sieci
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
When selecting capacitors for reactive power compensation, it should be remembered that they are the source of reactive power for the induction generator. Disconnection of the generator along with the capacitor battery from a power grid may cause the generator to self-excite, which is characterized by maintaining voltage at generator terminals despite its disconnection from the power grid. Capacitor banks are selected in such a way as to meet the requirement imposed by the operators of the power grid (tgy < 0.4), while preventing the generator from self-excitation for start-up and/or frequency protection in hydropower plants. It is a compromise that takes into account the specificity of the contactor method of switching passive compensation, the uncontrolled power of the capacitor bank and the impact on the system of transients. The use of capacitor banks is only a partial solution to the problem of reactive power compensation in hydropower plants as losses from the remaining uncompensated part of reactive power are considerable.
Bateria kondensatorow jest zrodtem mocy biernej, ktora moze spowodowac wystqpienie tzw. zjawiska samowzbudze-nia generatora indukcyjnego. Ze zjawiskiem samowzbudzenia mamy do czynienia, gdy na zaciskach generatora utrzymuje siç napiçcie, pomimo odtqczenia generatora wraz z bateriq konden-satorow od sieci elektroenergetycznej. Baterie kondensatorow dobiera siç w taki sposob, by spetnic warunek narzucony przez operatorow sieci (tgy < 0,4), nie dopuszczajqc przy tym do moz-liwosci samowzbudzenia generatora dla stosowanych w elek-trowniach wodnych zabezpieczen rozbiegowych i/lub czçsto-tliwosciowych. Jest to kompromis uwzglçdniajqcy specyfikç stycznikowej metody zatqczania pasywnej kompensacji, nieste-rowanq moc baterii kondensatorow oraz odziatywanie na uktad stanow przejsciowych. Stosowanie baterii kondensatorow sta-nowi tylko czçsciowe rozwiqzanie problemu kompensacji mocy biernej pobieranej przez generatory indukcyjne, gdyz straty od pozostatej nieskompensowanej czçsci mocy biernej sq wydatne.
Active compensation of reactive power in hydropower plants with induction generator
Aktywny przeksztattnikowy kompensator mocy biernej w elektrowniach wodnych z generatorem indukcyjnym
A converter compensator [2-4, 6-7] can be used to compensate for the reactive power consumed from the power grid by the induction generator. The main goal of the active compensator is to reduce the power factor tgy (1) to a value close or equal to zero, which corresponds to the total reactive power compensation. Active compensator of reactive power was implemented in a parallel topology, in which the converter is connected in parallel to the induction generator and power grid (see Figure 5).
Do kompensacji mocy biernej mozna wykorzystac aktywny kompensator przeksztattnikowy przytqczony rownolegle do sieci elektroenergetycznej [2-4, 6-7]. Dziçki zastosowaniu kompen-satora przeksztattnikowego uzyskuje siç zmniejszenie wspot-czynnika mocy tgy (1) do wartosci zero, co odpowiada catkowitej kompensacji mocy biernej. Schemat blokowy uktadu wytwarzania energii elektrycznej elektrowni wodnej, z generatorem indukcyjnym oraz aktywnym kompensatorem, przedstawiono na rycinie 5.
Figure 5. Block diagram of a hydropower plant with an induction generator and active compensator of reactive power: (ACRP) - active (converter) compensator of reactive power
Rycina 5. Schemat blokowy elektrowni wodnej z generatorem indukcyjnym oraz aktywnym kompensatorem przeksztattnikowym mocy biernej: (ACRP) - aktywny kompensator mocy biernej
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
The active compensator is designed to create and regulate power so that it is capacitive reactive power. Vector and time diagram for a hydropower plant with an induction generator and active compensation of reactive power is shown in Figure 6. The compensator current IACRP reduces the reactive (inductive) component of the current iPGy consumed from the power grid to a value close to or equal to zero. The use of active compensation reduces the phase shift of the current lPG relative to the voltage UPG from q>!G to q>PG equal to 180°. The power grid current _PG has only an active component returned to the power grid, which corresponds to the total reactive power compensation. Moreover, thanks to the use of a converter compensator, the level of transients in the system can be limited [7].
Przeksztattnikowy kompensator wytwarza i reguluje moc biernq pojemnosciowq. Na rycinie 6 przedstawiono wykres wektorowy i czasowy dla elektrowni wodnej z generatorem indukcyjnym i aktywnq kompensacjq mocy biernej. Zastoso-wanie kompensatora przeksztattnikowego zapewnia catkowitq kompensacj? mocy biernej. Prqd kompensatora ¡_ACRP zmniejsza sktadowq biernq (indukcyjnq) prqdu pobieranego z sieci iPGydo wartosci bliskiej lub rownej zero. Przesuni?cie fazowe prqdu _PG wzgl?dem napi?cia UpG zmniejsza si? z wartosci q>_G do yPG rownej 180°. Ponadto dzi?ki stosowaniu przeksztattnikowego kompensatora mozna ograniczyc poziom stanow przejsciowych w uktadzie [7].
Figure 6. Reactive power compensation using a parallel active compensator: a) phasor diagram, b) time diagram: _ACRP - current vector consumed
by the active compensator, yACRP - phase shift angle of the current consumed by the active compensator relative to the grid voltage
Rycina 6. Kompensacja mocy biernej za pomocg rownolegtego kompensatora aktywnego: a) wykres wektorowy, b) przebiegi czasowe:
_ACRP - wektor przestrzenny prgdu pobieranego przez aktywny kompensator, yCRP - kgt przesuni?cia fazowego prgdu pobieranego przez aktywny
kompensator wzgl?dem napi?cia sieci
Source: Own elaboration.
Zrodto: Opracowanie wtasne.
In order to reduce the harmonic distortion in the compensator current, and thus the harmonics introduced into the power grid, active compensator was built as a three-level power electronic converter made in topology with Neutral Point Clamped (NPC) [8-12]. Active compensator control based on a modified voltage-oriented method (VOC) [3-4, 6, 11, 13-14] is shown in Figure 7. To transform the ap / xy and xy / ap coordinate systems in active compensator control (see Figure 7), the position angle yPG of the voltage vector UpG is used, which is determined in accordance with the relationship (2).
W celu ograniczenia zawartosci harmonicznych w prqdzie kompensatora i - co za tym idzie - harmonicznych wprowa-dzanych do sieci elektroenergetycznej, do budowy aktywnego kompensatora wykorzystano przeksztattnik energoelektroniczny wykonany w topologii trojpoziomowej z diodami poziomujqcymi potqczonymi z punktem neutralnym (NPC) [8-12]. Sterowanie aktywnym kompensatorem bazujqce na zmodyfikowanej meto-dzie zorientowanej napi?ciowo (VOC) [3-4, 6, 11, 13-14] przedstawiono na rycinie 7. Do przeksztatcenia uktadow wspotrz?d-nych ap / xy i xy / ap w sterowaniu kompensatorem aktywnym (zob. ryc. 7) wykorzystywany jest kqt potozenia yPG wektora napi?-cia sieci UPG, ktory wyznacza si? zgodnie z zaleznosciq (2).
Figure 7. Control scheme of the active com pensator of reactive power Rycina 7. Uktad sterowania aktywnym kompensatorem mocy biernej
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
yPG=tan
-1 Ц
UP,
PGß
(2)
yPG=tan
-1
UPl
PGß
(2)
The task of the first control path associated with the x axis is to adjust the compensator active power (see Figure 7). The x axis current controller (RiACRPx) is designed to maintain the active current iACRPx of the compensator. The current iACRPx value is maintained by the DC-link master voltage controller (Rud) The voltage controller Rudc in the x-axis path maintains the sum of voltages (UTOP, UBOT) on two capacitors (CTOP, CBOT) at the set UDCni(,level [4]. The role of the second control path associated with the y axis is to regulate the reactive capacitive (leading) power generated by the converter (see Figure 7). The y axis current controller RiACRPy maintains the reactive current iACRPy of the compensator at the output value of the master reactive power controller (RqPG). The power controller RqPG in the y axis path is designed to maintain reactive power taken from the power grid by the power generation system at zero [4]. Reactive power is determined according to the relationship (3).
QpG _ _ UPGx ' lPGy+ UPGy' tPGx (3)
Rolq pierwszego toru regulacji zwiqzanego z osiq x jest regulacja mocy czynnej kompensatora (zob. ryc. 7). Regulator (RiACRPx) prqdu w osi xma za zadanie utrzymac prqd czynny kompensatora iACRPx. Wartosc prqdu iACRPx jest zadawana przez nad-rzçdny regulator (Rudc) napiçcia statego obwodu posredniczq-cego. Regulator Rudc napiçcia w torze osi x utrzymuje sumç napiçc (UTOP, UBOT) na dwoch kondensatorach (CTOP, CBOT) na zada-nym poziomie UDCeef [4]. Rolq drugiego toru regulacji zwiqzanego z osiq y jest regulacja mocy biernej pojemnosciowej wytwarza-nej przez przeksztattnik (zob. ryc. 7). Regulator (RiACRPy ) prqdu w osi y utrzymuje prqd bierny kompensatora iACRPy na poziomie wartosci wyjsciowej nadrzçdnego regulatora (RqPG) mocy. Regulator mocy w torze osi y ma za zadanie utrzymanie mocy biernej pobieranej z sieci elektroenergetycznej przez uktad wytwarzania energii na poziomie zera [4]. Moc bierna wyznaczana jest zgod-nie z zaleznosciq (3).
4pG~ ~ UPGx'lPGy+UPGy'lPGx (3)
The control system of the reactive power compensator uses proportional-integral (PI) controllers. Proportional-integral controllers work with set and measured signals represented in the xy coordinate system, which rotates synchronously with angular velocity w of the power grid voltage. Waveforms of sinusoidal voltages and currents in the xy coordinate system are constant components. PI controllers ensure high control accuracy, because by working with fixed-value signals they eliminate control deviations in steady-state. The controllers, after comparing the reference with the measured values, generate vector components that reduce the error. The components of the voltage vector Uf Urify after transformation into the ap stationary coordinate system are used by the Space Vector Modulator (SVM) [10, 13-16] to calculate the switching times of the three-level converter (NPC) [8-12].
W uktadzie sterowania przeksztattnikowego kompensatora mocy biernej wykorzystano regulatory proporcjonalno-catkujqce w uktadzie wirujqcym synchronicznie. Regulatory proporcjonalno--catkujqce pracujq z sygnatami zadanymi i mierzonymi reprezento-wanymi w uktadzie wspotrz^dnych xy, ktory wiruje synchronicznie z pr^dkosciq kqtowq w napi^cia sieci elektroenergetycznej. Prze-biegi sinusoidalnych napi^c i prqdow w uktadzie wspotrz^dnych xy majq charakter sktadowych statych. Regulatory PI po porowna-niu chwilowych wartosci zadanych z wartosci mierzonymi gene-rujq sktadowe wektora, ktory redukuje uchyb. Sktadowe wektora napi^cia Urefx Urify po transformacji do uktadu wspotrz^dnych nieru-chomych ap wykorzystywane sq przez modulator wektorow prze-strzennych (SVM) [10, 13-16] do wyliczenia czasow zatqczen tranzystorow trojpoziomowego przeksztattnika (NPC) [8-12]. Regulatory proporcjonalno-catkujqce zapewniajq wysokq doktad-nosc regulacji, gdyz pracujqc z sygnatami statowartosciowymi eli-minujq uchyb regulacji w stanach ustalonych.
Laboratory studies of active compensator of reactive power
Badania laboratoryjne przeksztattnikowego kompensatora mocy biernej
The test stand with a converter reactive power compensator made in NPC three-level topology is shown in Figure 8. The list of basic components included in the test stand is given in Table 1. The structures of the power generation system and the control system proposed in publications [2-4, 6] have been modified and improved, and the research results extended, among others, to measurements of harmonic content in voltages and currents. Two cage induction motors were used for the laboratory tests. The role of water turbine is played by an induction motor SZJe-44b designed for 3x400V voltage fed from a frequency converter Twerd MFC 710, while the induction motor S1-132M designed for 3x220V voltage acts as a generator. Laboratory system measurements were made using a power analyzer Fluke 434 and an oscilloscope Tektronix TDS 3034B.
Przeksztattnikowy kompensator mocy biernej, zbudowany do celów realizacji badan laboratoryjnych, przedstawiono na rycinie 8. Najistotniejsze parametry uktadu laboratoryjnego zamieszczono w tabeli 1. Struktury uktadu wytwarzania energii i uktadu sterowania, zaproponowane w publikacjach [2-4, 6], zostaty zmodyfikowane i udoskonalone, a wyniki badan rozszerzone m.in. o pomiary zawar-tosci harmonicznych w napiçciach i prqdach. W trakcie badan wykorzystano zespót wirujqcy, w sktad którego wchodzity dwie maszyny indukcyjne klatkowe. Maszyna indukcyjna SZJe-44b zaprojekto-wana na napiçcie 3x400V, zasilana z przemiennika czçstotliwo-sci Twerd MFC 710, petnita rolç turbiny wodnej. Rolç generatora petnita maszyna indukcyjna S1-132M zaprojektowana na napiç-cie 3x220V. Wyniki badan uktadu laboratoryjnego zarejestrowane zostaty z wykorzystaniem oscyloskopu Tektronix TDS 3034B i ana-lizatora mocy Fluke 434.
Figure 8. Active compensator of reactive power: a) front view, b) transistor drivers,
c) LEM measuring sensors, d) microprocessor with base plate
Rycina 8. Przeksztattnikowy kompensator mocy biernej: a) widok z przodu,
b) sterowniki tranzystorow, c) czujniki pomiarowe, d) mikroprocesor wraz z ptytkq
bazowq
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Table 1. Basic parameters of the laboratory system Tabela 1. Podstawowe parametry uktadu laboratoryjnego
Symbol / Symbol Value / Wartosc Name / Opis
Frequency of transistors connecting / fAcnp 10kHz ,.
Czçstotliwosc tqczen tranzystorow
T io_4s Period of signal sampling and regulators calculations /
s Okres probkowania sygnatow i obliczen regulatorow
upgw 3x185V Voltage wire power grid / Napiçcie przewodowe sieci elektroenergetycznej
fpg 50Hz Frequency of the power grid / Czçstotliwosc sieci elektroenergetycznej
lacrp 2,5mH Inductance of each of the output chokes / Indukcyjnosci dtawikow obwodu wyjsciowego
ctop, cbot 1800^F Capacity of each DC-link capacitor / Pojemnosci kondensatorow obwodu posredniczqcego
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Using the power analyzer, laboratory system measurements were made for the case of operation without reactive power compensation (see Figure 9 and 10). The operation of the converter compensator is limited only to the initial charging of the DC-link voltage by diodes. The induction generator with apparent power 7.35kVA working in a steady state of operation produced active power at the level of 5.52 kW and consumed 4.86kVar reactive power, power factor tgy was 0.88 (cosy = 0.75). Phase shift between voltage vector UPGa and current vector IPGa is about 221 degrees (see Figure 9).
Na rycinach 9 i 10 przedstawiono wyniki pomiarow laboratoryjnego uktadu wytwarzania energii bez kompensacji mocy biernej. Praca aktywnego kompensatora ogranicza siç jedynie do tadowania napiçcia obwodu posredniczqcego przez diody zwrotne. Generator indukcyjny o mocy pozornej 7,35kVA, pracu-jqcy w stanie ustalonym, produkowat moc czynnq na poziomie 5,52 kW i pobierat 4,86kVar mocy biernej, wspotczynnik mocy tgy wynosit 0,88 (cosy = 0,75). Kqt przesuniçcia fazowego pomiçdzy wektorem napiçcia UPGa a wektorem prqdu IPGa wynosi 221 stopni (zob. ryc. 9).
Figure 9. Laboratory vector diagram of power grid voltages UPG and power grid currents IPG - the generation system without compensation Rycina 9. Badania laboratoryjne wektorow napiçcia UPG i prqdow IfG sieci - uktad bez kompensacji Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
FUND Ф 0:00:02 ОРЕЭ-Ct
LI L2 L3 ■Г1ЕШ
kU - 1.80 - 1.89 - 1.83 - 5.52
kUR 2.45 2.47 2.42 7.35
kURR * 1.67 i 1.59 i 1.59 * 4.66
PF -0.73 -0.7Б -0.75 -0.75
Cos5 -0.73 -0.76 -0.75
Rrms 22.5 22.8 22.3
LI L2 L3
U rms 109.2 108.5 108.9
20/03/19 16:42:15 230U 5OHz30WVE EN50160
Figure 10. Laboratory study of power - the generation system without compensation Rycina 10. Badania laboratoryjne mocy - uktad bez kompensacji Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Figure 11 shows the voltage waveforms of the power grid voltage uPGa, power grid current iPGa and DC-link voltage UDC for the case of generator operation on the power grid without reactive power compensation (iACRPa = 0).
Na rycinie 11 przedstawiono przebiegi napiçcia sieci uPGa, prqdu sieci iPGa i napiçcia UDC obwodu posredniczqcego dla przy-padku pracy generatora na siec bez kompensacji mocy biernej
(iACRPa = 0).
Figure 11. Laboratory study: waveforms of power grid voltage uPSi, power grid current iPGa, active compensator current iACnPs, DC-link voltage UDC - the generation system without compensation
Rycina 11. Badania laboratoryjne: uPGa - napiçcie sieci, iPGa - prgd pobierany z sieci, iACRn - prgd kompensatora, UDC - napiçcie obwodu posredniczgcego - uktad z wytgczong aktywng kompensacji mocy Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Using the power analyzer, the harmonic distortion of the power grid voltage uPGa was measured. The mains voltage uPGa determined by the THD analyzer amounted to 1.6% while the harmonic distortion in the current iPGa of the power grid was 1.8%.
Figure 12 and 13 show the results of measurements (made with the power analyzer) of the laboratory system with the reactive power compensator switched on.
Za pomocq analizatora jakosci energii dokonano pomiaru zawartosci harmonicznych w napiçciu sieci uPGa. Wyznaczone przez analizator THD napiçcia uPGa sieci wynosito 1,6%, natomiast zawartosc harmonicznych w prqdzie sieci iPGa byta rowna 1,8%.
Na rycinach 12 i 13 przedstawiono wyniki pomiarow (wykona-nych analizatorem jakosci energii) uktadu laboratoryjnego z wtq-czonym przeksztattnikowym kompensatorem mocy biernej.
Figure 12. Laboratory vector diagram of power grid voltages UpG and power grid currents IPG - the system with active compensation Rycina 12. Badania laboratoryjne wektorow napiçcia UfG i prgdow IPG sieci - uktad z wtgczong aktywng kompensacjg mocy Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
FUND £ 0:00:01 E3-Ct
LI LS L3 ■rani
kU - 1.81 - 1.85 - 1.84 - 5.50
kUR 1.81 1.85 1.84 5.50
kURR i 0.02 < 0.00 i 0.01 i 0.02
PF -1.00 -1.00 -1.00 -1.00
Cos5 -1.00 -1.00 -1.00
Rrms 16.3 16.9 16.6
LI LE L3
Urms 111.7 111.1 111.4
20/03/19 17:17:12 230U 5OHz30WVE EH50160
Figure 13. Laboratory study of power - the system with compensation
Rycina 13. Badania laboratoryjne mocy - uktad z wtgczong aktywng kompensacjg mocy
Source: Own elaboration.
Zrodto: Opracowanie wtasne.
The system with an active compensator turned on produced active power equal to 5.50 kW. Reactive power was compensated and amounted to 0.02 kVar of an inductive nature (see Figure 13), the power factor tgy was 0 (cosy = 1.0). The active power loss brought by the power electronic converter was 0.02 kW. Power grid voltages vector and compensator currents for the system with active power compensation on are shown in Figure 14. The converter compensator current iACRP subjected to the harmonic distortion analysis is shown in Figure 15 and 16. The harmonic distortion of the active compensator current iACRPa was 2.2%. Figure 17 shows the waveforms of a power grid voltage and phase currents of the power grid and the active compensator when reactive power compensation is set on operation.
Uktad wytwarzania energii z wtqczonym kompensatorem ener-goelektronicznym oddawat do sieci moc czynnq rownq 5,50 kW. Moc bierna zostata skompensowana i wynosita 0,02 kVar o charak-terze indukcyjnym (zob. ryc. 13), wspotczynnik mocy tgy wynosit
0 (cosy = 1,0). Strata mocy czynnej wnoszona przez przeksztattnik energoelektroniczny wyniosta 0,02 kW. Wektorowe napiçcia sieci
1 prqdy kompensatora dla uktadu z wtqczonq aktywnq kompensa-cjq mocy przedstawiono na rycinie 14. Prqd przeksztattnikowego kompensatora iACRP poddany analizie zawartosci harmonicznych pokazano na rycinach 15 i 16. Zawartosc harmonicznych w prq-dzie kompensatora aktywnego iACRPa wynosita 2,2%. Pomiary napiç-cia i prqdow uktadu wytwarzania energii, z wtqczonq aktywna kom-pensacjq mocy, przedstawiono na rycinie 17.
Figure 14. Laboratory vector diagram of power grid voltages UpG and active compensator currents Iacrp - the system with active compensation Rycina 14. Badania laboratoryjne wektorow napi^cia sieci i pr^dow I^pp kompensatora aktywnego - uklad z wl$czon$ aktywn$ kompensaj mocy Source: Own elaboration. Zrodlo: Opracowanie wlasne.
Figure 15. Harmonic distortion in the active compensator current ¡Acpps Rycina 15. Zawartosc harmonicznych w pr^dzie kompensatora aktywnego ¡Acpps Source: Own elaboration. Zrodlo: Opracowanie wlasne.
<!> 0:00:01
•OP E3<t
flmp LI L2
THDv.f E.I 1.8
H3%f 0.4 0.2
H5%f 0.4 0.4
H7%f 0.9 0.8
H9%f 0.1 0.1
H11%f 0.1 0.1
H13%f 0.3 0.2
H15%f 0.1 0.0
L3
1.8 0.4 0.4 0.9 0.1 0.1 0.3 0.1
20/03/19 17:42:03 230U 50Hz 30 UVE EN50160
UlfljU USA HARMONIC GRAPH TREND K is
Figure 16. Harmonic distortion in three phases of the active compensator current (¡Acppa iACpn, iACppC) Rycina 16. Zawartosc harmonicznych w trzech fazach pr^du kompensatora aktywnego (¡acppi, iAcpF& iACppc Source: Own elaboration. Zrodlo: Opracowanie wlasne.
Figure 17. Laboratory testing: waveforms of power grid voltage uPGa, power grid current iPGa, active compensator current i^a, DC-link voltage U^- the system with compensation
Rycina 17. Badania laboratoryjne: u^a - napiçcie sieci, - prqd pobierany z sieci, i^p - prqd kompensatora, Uœ - napiçcie obwodu posredniczqcego - uktad z wtqczonq kompensacjq mocy biernej Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
In case of work without compensation, the phase shift between the power grid current vector [pGa and the power grid voltage vector UpGa was 221° (see Figure 9). However, with the active compensator switched on, the phase shift between the power grid current vector IpGa and the power grid voltage vector UpGa decreased to 181° (see Figure 12). It means that the entire reactive power has been compensated by an active compensator. The harmonic distortion of the current ipGa consumed from the power grid by the power generation system determined by the analyzer was 2.2%. Turning on the active compensator caused a slight increase in harmonic distortion in the power grid current ipGa from 1.8% to 2.2%.
For the analyzed case, the loss of active power, contributed mainly by the power electronic converter, amounted to 20W (see Figure 10 and 13). The power losses of the capacitors for reactive power compensation are lower, around 1W / kVar. After starting the converter compensator, the power factor tgp decreased from 0.88 to 0, the reactive power was completely compensated. The commonly used reactive power compensation with a passive compensator (capacitor bank) to the level of tgp = 0.4 causes that for the analyzed case the uncompensated inductive reactive power would be 2.2 kVar.
W przypadku pracy bez kompensacji przesuniçcie fazowe pomiçdzy wektorem pr^du sieci [pGa i wektorem napiçcia sieci UpGa wynosito 221° (zob. ryc. 9). Po wt^czeniu kompensatora aktywnego, przesuniçcie fazowe pomiçdzy wektorem pr^du sieci ^ a wektorem napiçcia sieci UpGa zmalato do 181° (zob. ryc. 12), co oznacza, ze cata moc bierna zostata skompensowana. Wyznaczona przez analizator zawartosc harmonicznych pr^du pobieranego z sieci ipGa przez uktad wytwarzania energii wynosita 2,2%. Wt^czenie aktywnego kompensatora spowodowato niewielki wzrost zawartosci harmonicznych w pr^dzie ipGa sieci z 1,8% do 2,2%.
Dla analizowanego przypadku strata mocy czynnej, wnoszo-nej gtownie przez przeksztattnik energoelektroniczny, wyniosta 20W (zob. ryc. 10 i 13). Straty mocy kondensatorow do kompensacji mocy biernej s§ nizsze, na poziomie ok. 1W / kVar. Po uru-chomieniu kompensatora przeksztattnikowego wspotczynnik mocy tgy zmalat z 0,88 do 0, moc bierna zostata catkowicie skompensowana. Powszechnie stosowana kompensacja mocy biernej przy pomocy kompensatora pasywnego (baterii kondensatorow) do poziomu tgp = 0,4 powoduje, ze dla analizowanego przypadku nieskompensowana moc bierna indukcyjna wyniostaby 2,2 kVar.
Conclusion
The article presents the issues of reactive power compensation in hydropower plants with induction generators. Capacitor compensation is discussed and it is proposed to replace it with active compensation of reactive power controlled by a modified voltage-oriented method. The developed method of controlling the active compensator was verified by means of laboratory tests. Active compensator provides regulation, as a result of which the power generation system works with a given power factor tgp equal to zero. Inductive reactive power consumed by
Podsumowanie
W artykule zaproponowano zast^pienie tradycyjnej pasyw-nej kondensatorowej metody kompensacji mocy biernej rnetod^ kompensacji aktywnej, wykorzystuj^cej przeksztattnik energoelektroniczny sterowany zmodyfikowan^ metody zorientowan^ napiçciowo. Przeprowadzone badania laboratoryjne postuzyty zweryfikowaniu opracowanych metod sterowania. Aktywny prze-ksztattnikowy kompensator mocy biernej zapewnia nad§zn§ regulaj w rezultacie czego uktad wytwarzania energii pracuje z zadanym wspotczynnikiem mocy tgp rownym zero. Moc bierna
the induction generator has been completely compensated. The use of an active compensator of reactive power is associated with a greater loss of active power contributed by the power electronic converter than in the case of using a capacitor bank for this purpose. The use of a converter reactive power compensator (ACRP) significantly contributed to the reduction of costs for reactive power incurred by the owners of hydropower plants. Active compensator is used not only in hydropower plants but also wherever there is a need for reactive power compensation (e.g. industrial facilities). The reactive power compensator also has a positive impact on the operation of the entire power grid, power losses from the reactive component of the current on the impedances of power grid components, such as transmission lines, transformers, etc. are limited. The use of an active compensator of reactive power is a particularly advantageous solution in case of loads that change to a large extent the nature and level of reactive power.
Literature / Literatura
[1] Directive (EU) 2018/2001 of the European Parliament and of the Council of 11 December 2018 on the promotion of the use of Energy from renewable sources, Official Journal of the European Union, L328/82, 21.12.2018.
[2] Wisniewski J., Górski D. A., T^pinski J., Koczara W., Power quality improvement of small hydro station, 15th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), Serbia 2012, https://doi.org/10.1109/ EPEPEMC.2012.6397313.
[3] T^pinski J., Wisniewski J., Koczara W., Reactive Power Compensator of Hydro Induction Generator, 7th International Conference & Exhibition on Ecological Vehicles and Renewable Energies - EVER 2012, Monaco 2012.
[4] T^pinski J., Wisniewski J., Koczara W., Kompensator mocy biernej dla elektrowni wodnej z generatorem indukcyjnym, „Przeglqd Elektrotechniczny" 2012, 4b, 259-264.
[5] Neacsu D. O., Power - switching converters. Medium and high power, Taylor & Francis, London 2006.
[6] T^pinski J., Aktywny kompensator mocy biernej dla elektrowni wodnej z generatorem indukcyjnym, „Maszyny elek-tryczne - zeszyty problemowe" 2017, 1(113), 135-140.
[7] Gorski D. A., Balkowiec T., Koczara W., Grid connection of a converter controlled squirrel-cage induction generator, 7th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), 2018, 348-353, http:// dx.doi.org/10.1109/ICRERA.2018.8566730.
[8] Kotomyjski W., Malinowski M., Kazmierkowski M. P., Adaptive space vector modulator for three-level NPC PWM inverter-fed induction motor, 9th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, 2006, 523-528, https://doi. org/10.1109/AMC.2006.1631714.
indukcyjna pobierana przez generator indukcyjny zostata catko-wicie skompensowana. Zastosowanie aktywnej kompensacji mocy biernej wiqze si? z wi?kszq stratq mocy czynnej, wnoszonej przez przeksztattnik energoelektroniczny, niz w przypadku zasto-sowania do tego celu baterii kondensatorów. Przeksztattnikowy kompensator mocy biernej znaczqco przyczynia si? do reduk-cji kosztów za moc biernq, jakq ponoszq wtasciciele elektrowni wodnych. Aktywny kompensator znajduje zastosowanie nie tylko w elektrowniach wodnych, ale takze wsz?dzie tam, gdzie istnieje potrzeba kompensacji mocy biernej (np. w obiektach przemysto-wych). Kompensator mocy biernej ma ponadto pozytywny wptyw na prac? catej sieci elektroenergetycznej, ograniczone sq straty mocy od sktadowej biernej prqdu na impedancjach podzespo-tów sieci elektroenergetycznej, takich jak linie przesytowe, trans-formatory, itp. Stosowanie aktywnej kompensacji mocy biernej jest rozwiqzaniem korzystnym szczególnie w przypadku odbior-ników zmieniajqcych w szerokim zakresie charakter i poziom mocy biernej.
[9] Strzelecki R., Benysek G., Power electronics in smart electrical energy networks, Springer, London 2008.
[10] Bose B., Power electronics and motor drives, Academic Press, London 2020, https://doi.org/10.1016/ B978-0-12-821360-5.01001-0.
[11] Rashid M. H., Power electronics handbook, Butterworth-Heinemann, Oxford, Cambridge, Massachusetts 2017.
[12] Sajitha M., Ramchand R., Space vector PWM scheme for three phase three level T-type NPC inverter, 2nd International Conference on Intelligent Computing, Instrumentation and Control Technologies (ICICICT), 2019, 523-528, https:// doi.org/10.1109/ICICICT46008.2019.8993215.
[13] Kazmierkowski M. P., Blaabjerg F., Krishnan R., Control in power electronics, selected problem, Elsevier Science, Amsterdam, Boston 2002.
[14] Malinowski M., Kazmierkowski M. P., Trzynadlowski A. M., A Comparative study of control techniques for PWM rectifiers in AC adjustable speed drivers, "IEEE Transactions on Power Electronics", vol. 18, 2003, https://doi.org/10.1109/ TPEL.2003.818871.
[1 5] Hari M., Verma A., Halakurki R., Ravela R., Kumar P, A dynamic analysis of SVM based three-level NPC for 3-phase induction motor, 2018 International Conference on Power Energy, Environment and Intelligent Control (PEEIC), India 2018, https://doi.org/10.1109/PEEIC.2018.8665611.
[16] Jiang W., Wang W., Ma M., Zhai F, Wang J., Improved virtual space vector modulation for three-level neutral-point-clamped converter with feedback of neutral-point voltage, "IEEE Transactions on Power Electronics" 2019, 4, 39963996, https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2737030.
JAROStAW TfPINSKI, PH.D. ENG. - in 2008 graduated from the Faculty of Electrical Engineering of the Warsaw University of Technology with a specialization in Automation and Computer Engineering. In 2016, at the same faculty, he obtained a doctoral degree in technical sciences. Currently, he is an assistant professor at Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej - Panstwowy Instytut Badawczy (CNBOP-PIB) in Jozefow and a head of a research and scientific project entitled "A program for assessing the risk of accidents in industrial facilities posing a threat outside their premises". Specialty - electrical engineering, automation and technical fire protection systems.
DR INZ. JAROStAW TfPINSKI - w 2008 r. ukonczyt studia o specjal-nosci Automatyka i Inzynieria Komputerowa na Wydziale Elektrycz-nym Politechniki Warszawskiej. Na tym samym wydziale w 2016 r. uzyskat stopien naukowy doktora nauk technicznych. Obecnie jest adiunktem w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej - Panstwowym Instytucie Badawczym w Jozefowie oraz kierownikiem projektu badawczo-naukowego pt. „Program do oceny ryzyka wystgpienia awarii w obiektach przemystowych stwarzajg-cych zagrozenie poza swoim terenem". Specjalnosc - elektrotech-nika, automatyka oraz techniczne systemy zabezpieczen przeciw-pozarowych.
