CC BY
27
!88М 1607-6761 (РгЫ) «ЕЛЕКТРОТЕХН1КА ТА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА» № 3 (2018)
!88М 2521-6244 (ОпИш) Роздш «Електротехшка»
ШС 621.316.13
РОЗПОД1Л ПОТУЖНОСТ1 ВОЛЬТОДОДАВЧОГО ТРАНСФОРМАТОРА СИЛОВОГО АКТИВНОГО Ф1ЛЬТРУ ПРИ РЕГУЛЮВАНН1 КОЕФ1Ц1ЕНТА НЕЛ1Н1ЙНИХ СПОТВОРЕНЬ НАПРУГИ
БОНДАРЕНКО С. С. аспiрант кафедри систем електроспоживання та енергетичного менеджменту
Кременчуцького нацюнального унiверситету iм. Михайла Остроградського, Кременчук, Укра!на, е-шаП: sergj1994@gmail.com;
БЯЛОБРЖЕСЬКИЙ О.В. канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри систем електроспоживання та
енергетичного менеджменту Кременчуцького нацюнального ушверситету iм. Михайла Остроградського, Кременчук, Укра!на, е-шаЛ: seemAl@kdu.edu.ua;
Мета роботи. Дослгдити параметры режиму та розподшу потужностг вольтододавчого трансформатора при регулюваннI коефщгента нелтшних спотворень напруги.
Методы достдження. Методы електротехтки, методы чисельного моделювання, методы ряд1в Фур 'е.
Отриман результати. В роботI проведено аналгз застосування вгдомих схем замгщення для вольтододавчого трансформатора. В середовищI вгзуального програмування розроблено модель, що штуе роботу фшьт-ра. Розглянуто та проведено дослгдження процеав, як протгкають в трансформаторI. На тдставг анатзу результатгв моделювання, показана складтсть спектру потужностг трансформатора за умов його роботи в режимI вольтодобавки при спотворенш форми струму та напруги. В разI спотворення напруги живлення ви-користовують послгдовний силовий активний фшьтр, який пгдключаеться до мережI через вольтододавчI трансформатори, що призводить до змти параметргв еквгвалентного силового контуру навантаження. В результатI дослгджень встановлено, що трансформатор послгдовного силового активного фшьтра в режимI вольтодобавки, при компенсацИ спотворення напруги мережI в загальному випадку мае напругу та струм обмоток, гармонтний склад яких вгдргзняеться. Це призводить до широкого гармонтного складу потужностг трансформатора, що потребуе обл1ку зростання втрат в обмотках та магнтопроводг. Сформульовано ви-сновки щодо впливу параметргв вольтододавчого трансформатора на роботу активного фшьтра.
Наукова новизна. Вперше розроблена модель еквгвалентного силового кола однофазного послгдовного ф1-льтра, яка на в1дм1ну вгд Iснуючих враховуе вплив вольтододавчого трансформатора на параметри режиму.
Практична цтысть. Внутргшнт опгр трансформатора та струм навантаження призводять до виник-нення гармонгк напруги, як додатково впливають на и яюсть, та за проведеним експериментом складають 2,35%. Збшьшення втрат потужностг в трансформаторI силового активного фшьтру потребуе корегування методики його вибору з урахуванням спотворення напруги та струму.
Кпючовг слова: ятсть електроенергИ; поЫдовний силовий активний фтьтр; вольтододавчий трансформатор.
I. ВСТУП
Управлшня режимами енергосистем повинно за-безпечити виконання трьох основних вимог: економь чнють роботи енергосистеми, надшнють електропос-тачання споживачiв, нормативна яшсть електроенергп [1]. Споживачi електроенергп i апарати впливають на режим роботи мереж1 i через мережу один на шшого. Несиметрiя, несинусовдальнють, провали напруги призводять до попршення роботи пристро!в та вини-кнення додаткових втрат активно! потужносп у вах елементах системи електропостачання [2], а це, в свою чергу, призводить до економiчних збитшв. Тому на сучасному еташ розвитку електроенергетики, за-безпечення якосп електроенергп е завданням, яке вирiшуeться шляхом застосування фшьтрокомпенсу-ючих пристро!в, яким, завдяки використанню нашв-провщникових перетворювачiв властива керованють.
© Бондаренко С.С., Бялобржеський О.В., 2018
БО! 10.15588/1607-6761-2018-3-2
II. АНАЛ1З ПОПЕРЕДН1Х ДОСЛ1ДЖЕНЬ
Пасивш фшьтри з незмшною структурою все менш задовольняють вимогам щодо тдтримки якосп електрично! енерги [3]. Як наслщок, розробляються та впроваджуються силовi активш ф№три (САФ) [4]. Сучасш активш фшьтри е ефективним засобом для розв'язання низки задач, пов'язаних iз покращенням показнишв якосп електрично! енерги. В залежносл ввд поставлено! задачi використовують паралельне або послщовне пiдключення фiльтру.
Паралельний САФ застосовуеться, в основному, для зниження рiвня гармонiк струму, компенсацi! реактивно! потужносп, що обумовлеш наявшстю при-стро!в з нелiнiйними вольт амперними характеристиками, яш входять до складу навантаження [5].
В разi спотворення форми напруги живлення не-залежно вщ природи виникнення цих спотворень використовують послщовний САФ [4], [5]. При цьому
вплив на струми навантаження не вiдбуваeться, не-зважаючи на деякий вплив за рахунок змiни напруги.
Дане техшчне рiшення е вкрай необхвдним в пе-вних випадках роботи експлуатуючо! оргашзацп, таких, як:
- тимчасове оперативне виршення проблеми втрат напруги в ЛЕП велико! протяжноста (бiльше 1 к1лометра);
- постшне рiшення для ЛЕП з вщсутшстю мож-ливостi реконструкцп, зважаючи на особливоста ландшафту мiсцевостi та шших обмежень, а також при наявноста сезонного навантаження i недоцшьнос-та проведення глибоко! модершзацп мереж!.
Для тдприемства, що експлуатуе розподшьчу мережу, перевагами вольтододавчого трансформатора е можливють автономно! роботи, наявнють елементав штелектуального регулювання, ввдсутшсть необхщ-носта експлуатацй' i ттмальт каштальш витрати при введенш в експлуатацш [6].
Послщовне пвдключення активного фшьтра реа-лiзуеться через вольтододавочний трансформатор (ВДТ). Застосування ВДТ дозволяе швидко реагувати на погiршення якоста електрично! напруги та викону-вати технолопчне приеднання споживачiв.
Введення ВДТ в контур призводить до певного параметричного регулювання. Таким чином встанов-лення та використання послвдовного САФ з ВДТ е комбшащею регулювання параметру та режиму. До-статня шльшсть рiшень [7] з регулювання напруги послвдовним САФ, залишае вщкритим питання впли-ву трансформатору САФ на його режим та, як насль док, на ефектившсть регулювання показнишв якоста електрично! енергп.
III. МЕТА РОБОТИ
Дослвдження параметрiв режиму та розпод!лу потужноста трансформатора вольтодобавки при регу-люванш якоста напруги навантаження.
IV. ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГУ МАТЕРИАЛУ I АНАЛ1З ОТРИМАННИХ РЕЗУЛЬТАТА
Послщовний САФ, силова схема якого мае на-швпроввдниковий пристрш, за умов реал!зацп алгоритму регулювання [9] усувае спотворення напруги мереж! живлення за рахунок шжекцп гармошк напруги в
мережу живлення в проти-фазг Таким чином САФ формуе у сво!х мережних провiдниках напругу, за гармоншним складом аналогiчну напрузi навантаження (за винятком першо! гармошки), але протиле-жну за знаком. У результата вiдбуваeться взаемна компенсащя гармонiк напруги навантаження.
Послвдовний силовий активний фiльтр тдклю-чаеться до мереж! через три однофазш двообмотковi вольтододавчi трансформатори, первинною обмоткою до мереж! та навантаження, а вторинною обмоткою до силово! частини перетворювача фшьтру до якого також тд'еднаний накопичуючий конденсатор С [10].
Для визначення впливу трансформатора на режим розглядаеться електрична схема (рис. 1,а). На схемi мережа зi спотвореною напругою им послвдов-но з'еднана з навантаженням, яке задаеться опором Ян та джерелом спотвореного струму ¡н. Обмотка трансформатора замикае контур, який забезпечуе ком-пенсац1ю спотворення напруги мереж! за рахунок тд-ключення до iншо! обмотки трансформатора джерела ир . Для дослвдження впливу трансформатора розгля-немо декiлька схем замщення: П-подiбна (рис. 1,б) та Т-подiбна (рис. 1,в). При цьому характеристика нама-гнiчування магнiтопроводу приймаеться лiнiйною.
Кожна з схем мае застосування у конкретних випадках. В бшьшоста випадшв використовуеться Т-подiбна схема замiщення трансформатора. Покладаю-чи коефiцiент трансформацп одиничним, визначаеть-ся струм намагнiчування:
гц — 11 - г2
(1)
де ii - струм первинно! обмотки трансформатора, i2 -струм вторинно! обмотки трансформатора.
В1дпов1дно визначаеться напруга первинно! обмотки:
dii di„ u1 — i1R1 + L1 —- + i,,R,, + L.. —— 1 11 1 dt . . . dt
В результата - напруга вторинно! обмотки:
di2 di.
U2 — i2R2 + L2^t + ißRa + L
dt
.
.
dt
(2)
(3)
uF
0
Ю
а)
ф R. П
a >
u1
Ls Rs
iiu2.
\R^1 R^2
s i-2
U2
б)
L1 R
в)
T
Рисунок 1. Схеми замщення: а - досл1джувано! моделц б - П-под!бна схема замщення трансформатора; в - Т-под!бна схема замщення трансформатора.
м
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електротехшка»
Ввдмггною особливютю П-образно! схеми замь щення е збереження трансформаторних зв'язкiв обмоток трансформатора [11]. При цьому намагшчування розподiляеться мiж первинною та вторинною обмотками. Це дозволяе врахувати плив на намагнiчування потоку енергп i зi сторони первинно! обмотки, i зi
сторони вторинно! обмотки. Струм первинно! 11 обмотки трансформатору пов'язаний зi струмом вторин-но! обмотки:
1 = 1 — 1 = 1 — 1 — 1
'2 's 1ц2 1 f2>
(4)
dt
u1 = 1f1Rf1 + Lf1' u2 = 1f2Rf2 + Lf2 ■
fi .
dt
d1
(5)
ff2
dt
де Rfi,Rf2- опори гiлок намагнiчування; Lf,,Lf2 -
f 1 f 2
u, = u2 + us = u2 + 1sRs + Lç^-^
dt
^ (6)
Wave 1 та Sine Wave 2. Джерело компенсуючо! напруги (AC voltage source 1) з'еднане з первинною обмоткою трансформатору.
де - струми намагшчування, ввднесеш до
вщповвдно! обмотки, що ввдповвдають виразу (1) а i¡I = ifii + i^2 • При цьому змiнюeться структура балансу напруг первинно! та вторинно! обмоток:
АС Voitze Source 1
АС Voltage Source 2
IimJ
m
Linear Transformer
AC Voltage Source 3
Controlled Current Source
<D
m I
R
iндуктивнiсть гшок намагнiчування• Напруга вторинно! обмотки U2 вiдрiзняeться вiд напруги первинно! обмотки на величину падшня напруги в трансформа-торг
di
Add
Ground
Sine Wave
Sine Wavel
де us - падшня напруги в трансформатор^ Rs - опiр трансформатору, Ls - iндуктивнiсть трансформатору.
Таким чином, схеми реалiзують рiзний розподiл напруг в трансформаторi та вiдповiдно падiння напруги. При розрахунках i моделюванш режимiв роботи трансформатору Т-подiбна схема замщення знайшла найбiльше розповсюдження [11], [12] •
Для дослвдження впливу трансформатору обмотка якого з'еднана послвдовно з навантаженням вико-ристано модель наведену на рис. 2. В дослщжуванш моделi iмiтуeться регулювання компенсаци спотво-рень напруги послщовним силовим активним ф№т-ром, пвдключеним через вольтододаточний трансформатор. Схема послвдовного фiльтру представлена дже-релом е.р.с. Джерело живлення основно! гармошки (AC voltage source 2), послщовно з'еднано з додатко-вим джерелом (AC voltage source 3), яке генеруе на-пругу третьо! гармошки, спотворюючи результуючу напругу. Послiдовно з джерелами з'еднана вторинна обмотка трансформатору (Linear Transformer). Контур замикае навантаження, яке iмiтуеться джерелом струму (Controlled Current Source).
Зважаючи на специф^ моделювання джерела струму, паралельно шдключено резистор з великим опором (R). Струм навантаження представлений сумою двох сигналiв, яш генеруються блоками Sine
Рисунок 1. Дослщжувана модель послвдовного силового активного фшьтру.
Таким чином емггуеться режим елементарного контуру зi спотвореною напругою, спотвореним струмом навантаження, причому введенням послвдовного трансформатору реалiзують компенсацш спотворення напруги. Параметри елеменлв схеми: AC voltage source 1: U=(sqrt(2)-40)/3.455 В, a=180 deg, f = 3-50 Гц; Linear Transformer: Un=380B, In=10A, R1=0.057 Ом, R2=0.6770м, Rд=1805Юм, L1=2•958•10-5Гн, L2=3•53•10-4Гн, Lц=57•455Гн, Sn=4000 ВА, fn=50 Гц; AC voltage source 2: U= sqrt(2)-200 В, f=1-50 Гц; AC voltage source 3: U= sqrt(2)-40 В, f=3-50 Гц; R=1000м; Sine Wave 1: U= sqrt(2)-2.8 В, ш=2-п-50-5 с-1; Sine Wave 2: U= sqrt(2)-5.07 В, ш=2-п-50 с-1.
В ходi проведення дослвджень роботи пристрою були отриманi осцилограми та гармонiй склад напру-ги та струму навантаження (рис. 3).
Вихiдне викривлення напруги живлення складае 20%. В результатi роботи схеми, шляхом формування напруги компенсаци, та введення ïï у проти-фазi вто-ринною обмоткою трансформатора, викривлення на-пруги навантаження складае 2.35% при викривленш струму 91.19% (рис. 3). При цьому шд дiею 5-ï гармо-нiки струму навантаження за рахунок ввдповщного падiння напруги у обмотш трансформатору у спектри напруги навантаження виникае 5-а гармошка, яка складае 2%.
Зважаючи на дш в обмотках трансформатора гармошк струму та напруги рiзного порядку виконано дослщження. Так як трансформатор впливае на режим
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електротехшка»
200 0 -200
0
5 0 -5
6 UÏB Fundamental(50Hz)=288.6,
THD=2.35%
4
2
0 /,Гц
0 200 400 600 800 1000
IlA
Fundamental(50Hz)=4.284, THD=91.19%
/,Гц
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0 200 400 600 800 1000
б)
Рисунок 2. Осцилограми та гармоншний склад: а - напруги навантаження; б - струму навантаження.
0
20 0 -20
200 0 -200 -400
0 0.02 0.04 0.06
в)
0.02 0.04 0.06
д)
0.08 0.1
200 100 0
Pwi,BA
Iw A
10
5
0 ■ /,Гц
0 200 400 600 800 1000 г)
1.1
/,Гц
0 200 400 600 800 1000 е)
Рисунок 3. Параметри режиму первинно! обмотки трансформатора: а - напруга; б - гармоншний склад напруги; в - струм; г - гармоншний склад струму; д - потужшсть; е - гармоншний склад потужностг
0
роботи послщовного активного фшьтру проведемо аналiз параметрiв режиму первинно! (рис. 4) та вто-ринно! (рис. 5) обмоток трансформатора. Спотворення мережi задане напругою третьо! гармошки (АС voltage source 3), тому з протилежним знаком задаеть-ся напруга компенсаци (АС voltage source 1) - рис 4.а,б. В результат цього струм первинно! обмотки трансформатору (рис 4. в, г) о^м першо! та п'ято! гармонiк зумовлених струмом навантаження (рис. 5 в,
г) мае складову третьо! гармошки зумовлену напругою компенсацiï. Таким, чином взаемодгя струму та напруги призводить до потужносп первинноï обмотки (рис. 4 д, е), яка мае в своему спек^ гармошки 0 (13ВА/5.6%), 2 (231ВА/100%), 4 (122ВА/52.8%), 6 (13ВА/5.6%), 8 (111ВА/48%). Напруга вторинноï обмотки (рис. 5 а, б) о^м третьоï гармонiки, яка ком-пенсуе спотворення напруги мереж1 за рахунок втрат напруги (2) в обмотш при протшання струму наван-
таження (рис. 5 в, г), додатково мае першу та п'яту тру потужносп первинно! обмотки - 10 (13ВА/4.9%).
гармошки, як1 складають ввдносно третьо! (12.3%) та Якщо додатково визначити рiзницю мiж потужнiстю
(14%) ввдповщно. В pезультaтi потужнiсть вторинно! первинно! та вторинно! обмоток отримаемо потуж-
обмотки мае в своему спектр гapмонiки: 0 нiсть обмоток та магштопроводу трансформатора, яка
(24ВА/9.1%), 2 (262ВА/100%), 4 (137ВА/52.2%), 6 мае (25ВА/9.5%), 8 (102ВА/38.9%), та на вщмшу вiд спек-
дуже
складнии
спектр
(рис. 6).
50 0 -50
5 0 -5
400 200 0 -200
0.02 0.04 0.06
а)
60 40 20 0
UW2,B
■ ■ /,Гц
4
0.02 0.04 0.06
в)
0
Iw2A
0.02 0.04 0.06
д)
0.08 0.1 0 200 400 600 800 1000
б)
/Гц
0.08 0.1 0 200 400 600 800 1 000
г)
0.08 0.1 0 0 200 400 600 800 1000
е)
Рисунок 4. Параметри режиму вторинно! обмотки трансформатора: а -; б - гармоншний склад напруги; в -струм; г - гармоншний склад струму; д - потужшсть; е - гармоншний склад потужносп.
100 50 0
30 20
10
0
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0 200 400 600 800 1000
Рисунок 5. Гармоншний склад та осцилограма втрат потужностей в тpaнсфоpмaтоpi
0
2
0
0
З урахуванням формул (1)-(3), потужшсть в обмотках та мaгнiтопpоводi трансформатору матиме вигляд:
Pwl - Pw2 = AP = i-R1 +i2R2 + i2nRu +
di
di2
+ i1L1 —- + i2L2 —2 + i,,L
dt
22
dt
dt
AP = APcm +AP M
(8)
diu (7)
У загальному випадку штегральну потужшсть втрат в тpaнсфоpмaтоpi представляють у виглядi суми втрат потужностей:
де APcm - втрати в стал^ AP м - втрати в обмотках
трансформатора. Зважаючи на характер потужносп трансформатору (рис. 6) треба враховувати дш вищих гармошк. Додaтковi втрати в обмотках трансформатору викликаш зростанням опору для стpумiв вищих гармошк V [3]:
APv —Y\I[vR1v+ iLRzV)
(9)
Додатковi втрати в сталi викликанi зростанням частоти перемагшчування магнiтопроводу:
AP — AP У
cmv ^cm.nZ-i
f U V
V un J
1.3
(10)
де Uv - напруга гармошки; fv - частота гармошки APcmn - втрати намагнчування трансформатора.
ВИСНОВКИ
Ефектившсть компенсаци викривлення напруги залежить не тiльки вiд якосп формування напруги компенсаци, а й ввд параметрiв режиму трансформатору який послвдовно з'еднаний з навантаженням, та забезпечуе режим.
Створена модель е^валентного силового кола однофазного послвдовного фiльтру, в результатi дос-лвдження яко! встановлено, що внутрiшнiй отр трансформатору та струм навантаження призводять до виникнення гармонiк напруги, яш додатково вплива-ють на l! якiсть, та у разi проведеного експерименту складають 2,35%.
Встановлено, що трансформатор послщовного силового активного ф№тра в режимi вольтододаточ-ного, при компенсаци спотворення напруги мереж! в загальному випадку мае напругу та струм обмоток, гармоншний склад яких вiдрiзняеться, це призводить до широкого гармоншного складу потужностi трансформатора, що потребуе облiку зростання втрат в обмотках та магнгтопроводг
Збiльшення втрат потужностi в трансформаторi силового активного фiльтру потребуе корегування методики його вибору з урахуванням спотворення напруги та струму.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
[1] Sankaran, C. Power quality [Text] / C. Sankaran. -Florida: CRC press. - 2017. - 216p.
[2] Bhim, S. Power quality [Text] / S. Bhim, C. Ambrish, A. Kamal. New York City: John Wiley & Sons. - 2014. - 600p.
[3] Dugan С., Electrical Power System Quality [Text] / С. Dugan, F. Mcgranaghan, S. Santoso. New York City: McGraw-Hill Education. - 2012. - 580p.
[4] Thomas F. Fundamentals of Electronics: Book 3 Active Filters and Amplifier Frequency Response [Text] / F. Thomas, Jr. Schubert, M. Ernest. San Diego: Morgan & Claypool Publishers. - 2016. -292p.
[5] Lin, Tayzar. Design of Shunt Active Filter & Harmonic Compensation. [Text] / Lin Tayzar. LAP: Lambert Academic Publishing. - 2016. - 253p.
[6] Mohammad, A. Power Quality in Power Systems and Electrical Machines. [Text] / A. Mohammad, S. Masoum, Ewald F. Fuchs Cambridge: Academic
Press. - 2015. - 1141p.
[7] Akagi, H. Instantaneous power theory and applications to power conditioning [Text] / H. Akagi., E. H. Watanabe., M. Aredes. Piscataway: IEEE Press. -2017. - 454p.
[8] Колб, А. А. Електромагнп'ш процеси в силових активних компенсаторах неактивних складових потужносп [Текст] / А. А. Колб // Вкник Кремен-чуцького державного полггехшчного ушверсите-ту iменi Михайла Остроградського. - 2009. - №4.
- С.160-165.
[9] Жуйков, В. Я. Особливосл режимiв роботи ФКП [Текст] / В. Я. Жуйков, Д. А. Миколаець // Техш-чна електродинамжа. - 2011. -№1. - С. 24-29.
[10]Алексеев, Б.А. Активные фильтры высших гармоник [Текст] / Б. А. Алексеев // Электро. - 2007.
- № 3. - С. 28-32.
[11] Бондаренко, С. С. Дослщження впливу трансформатора послвдовного активного ф№тра на яшсть напруги [Текст] / С. С. Бондаренко, О. В. Бялобр-жеський, Р. В. Власенко // Електротехшка та електроенергетика. - 2018. - № 1. - С. 93-101. -Режим доступу: DOI: 10.15588/1607-6761-2018-110.
[12] Иванов, И. И. Электротехника и основы электроники [Текст] / И. И. Иванов, Г. И. Соловьев, В. Я. Фролов. - М.: Лань. - 2016.- 736 с.
[13] Кувшинов, Г.Е. Схемы замещения трансформатора [Текст] / Г.Е. Кувшинов, М.В. Красковский.
- Владивосток: Дальневосточный федеральный университет. - 2016.- 136 с.
[14] Власенко, Р. В. Limitations of current of the three-phase active power filter in the conditions of overload and short circuit [Текст] / Р. В. Власенко,
0. В. Бялобржеський // Електротехшка i Електро-мехашка. - 2018. - № 2- С. 29-34.
[15]Черных, И. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink [Текст] / И. Черных. - М.: ДМК Пресс. - 2011.-288с.
[16]Zakis, J. Feasibility study of flexible systems for reactive power compensation [Text] / J. Zakis, D. Vinnikov, J. Laugis, I. Rankirs // Juris Zakis. - 2010.
- №4. - P.14-20.
[17] WangMan-Chung Lei. Adaptive Hybrid Active Power Filters [Text] / Lei WangMan-Chung WongChi-Seng Lam. - New York City: Springer. -2010. - 232 p.
[18]Vangenthaym, F. L. Aktive Filter und Oszillatoren / F. L. Vangenthaym. - M.: Technosphere. - 2010. -416p.
[19] Власенко, Р. Корекщя алгоритму визначення за-даного струму силового активного фшьтра на основi теори фрiзе в умовах несиметрп / Р. В. Власенко, O. В. Бялобржеський [Текст] // Електротехшка та електроенергетика. - 2016. - №
1. - С. 57-63. - Режим доступу: DOI: 10.15588/1607-6761-2016-1-8.
Стаття надшшла до редакцп 23.08.2018
V
V
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електротехшка»
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ВОЛЬТОДОБАВОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА СИЛОВОГО АКТИВНОГО ФИЛЬТРА ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ КОЕФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ
НАПРЯЖЕНИЯ
БОНДАРЕНКО С. С. аспирант кафедры систем электроснабжения и энергетического менеджмента
Кременчугского национального университета им. Михаила Остроградского, Кременчуг, Украина, е-mail: sergj1994@gmail.com;
БЯЛОБРЖЕСЬКИЙ О.В. канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры систем электроснабжения и
энергетического менеджмента Кременчугского национального университета им. Михаила Остроградского, Кременчуг, Украина, е-mail: seemAl@kdu.edu.ua;
Цель работы. Исследовать параметры режима и распределения мощности трансформатора вольтодо-бавки при регулировании коэффициента нелинейных искажений напряжения.
Методы исследования. Методы электротехники, методы численного моделирования, методы рядов Фурье.
Полученные результаты. В работе проведен анализ применения известных схем замещения для вольтодо-бавочного трансформатора, в среде визуального программирования разработана модель, имитирующая работу фильтра, проведено исследование и рассмотрены процессы, протекающие в трансформаторе. На основании анализа результатов моделирования, показана сложность спектра мощности трансформатора в условиях работы в режиме вольтодобавки при искажении формы тока и напряжения. В случае искажения напряжения питания используют последовательный силовой активный фильтр, который подключается к сети через вольтодобавочные трансформаторы, приводит к изменению параметров эквивалентного силового контура нагрузки. В результате исследований установлено, что трансформатор последовательного силового активного фильтра в режиме вольтодобавочного, при компенсации искажения напряжения в общем случае имеет напряжение и ток обмоток, гармонический состав которых отличается, это приводит к широкому гармонического состава мощности трансформатора, что требует учета роста потерь в обмотках и магнито-проводе. Сформулированы выводы касательно воздействию параметров вольтодобавочного трансформатора на работу активного фильтра.
Научна новизна. Впервые разработана модель эквивалентной силовой цепи однофазного последовательного фильтра, которая в отличие от существующих учитывает влияние вольтодобавочного трансформатора на параметры режима.
Практическая ценность. Внутреннее сопротивление трансформатора и ток нагрузки приводят к возникновению гармоник напряжения, которые дополнительно влияют на ее качество, и в случае проведенного эксперимента составляют 2,35%. Увеличение потерь мощности в трансформаторе силового активного фильтра нуждается в корректировке методики его выбору с учетом искажения напряжения и тока.
Ключевые слова: качество электроэнергии; последовательный силовой активный фильтр; вольтодоба-вочный трансформатор; искажение напряжения.
DISTRIBUTION OF THE POWER OF THE A POWER ACTIVE FILTER BOOSTER TRANSFORMER FOR REGULATING OF THE NONLINEAR VOLTAGE DISTORTIONS COEFITIENT
BONDARENKO S.S. post-graduate student of the Department of Power Supply and Energy Management
Systems of the Kremenchuk National University, Kremenchug, Ukraine, е-mail: sergj1994@gmail.com;
BIALOBRZHESKYI О.У. 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, е-mail: seemAl@kdu.edu.ua;
Purpose. Investigate the parameters of the mode and distribution of the power of the transformer of the booster when adjusting the coefficient of the nonlinear distortion of the voltage.
Methodology. Methods of electrical engineering, numerical simulation methods, Fourier series methods.
Findings. The analysis of the transformer is carried out, the processes taking place in the transformer are consid-
ISSN 2521-6244 (Online) Po3gi^ «E.roKTpoTexmKa»
ered, the filter model is developed in the visual programming environment, based on the analysis of which the application efficiency of the proposed solution is shown by the load voltage distortion. To assess the influence of the transformer on the operating mode of the device, a series of experiments was carried out. In the case of distortion of supply voltage, a serial active power filter is used that connects to the network through series transformers, which results in changes in the parameters of the equivalent power load circuit. As a result of the research it was established that the transformer of a series power active filter in the series mode, in case of compensation of voltage distortion of the network in general, has the voltage and current of the windings, the harmonic composition of which is different, this leads to a broad harmonious composition of the power of the transformer, which needs to account for the growth of losses in windings. and the magnetic circuit. The conclusions are drawn that to the effect of the parameters of the transformer on the operation of the active filter.
Originality. For the first time a model of an equivalent force single-phase sequential filter has been developed, which, unlike the existing one, takes into account the effect of the series transformer on the parameters of the mode.
Practical value. The internal resistance of the transformer and the load current lead to the emergence of voltage harmonics, which additionally affects its quality, and in the case of an experiment made up 2,35%. An increase in power losses in a transformer of a power active filter requires an adjustment of the method of its selection, taking into account distortion of voltage and current.
Keywords: power quality; serial power active filter; series transformer; voltage distortion.
REFERENCE
[1] Sankaran, C. (2017). Power quality. Florida: CRC press, 216.
[2] Bhim, S., Ambrish, C., Kamal, A. (2014). Power quality.New York City: John Wiley & Sons, 600.
[3] Dugan C., Mcgranaghan F., Santoso S. (2012). Electrical Power System Quality. New York City: McGraw-Hill Education, 580.
[4] Thomas F. Schubert Jr., Ernest M. Kim (2016). Fundamentals of Electronics: Book 3 Active Filters and Amplifier Frequency Response. San Diego: Morgan & Claypool Publishers, 292.
[5] Lin Tayzar (2016). Design of Shunt Active Filter & Harmonic Compensation. LAP Lambert Academic Publishing, 253.
[6] Mohammad, A.S. Masoum, Ewald F. Fuchs (2015). Power Quality in Power Systems and Electrical Machines. Cambridge: Academic Press, 1141.
[7] Akagi, H. Watanabe, E. H. (2017). Instantaneous power theory and applications to power conditioning. Piscataway: IEEE Press, 454.
[8] Kolb, A.A. (2009). Elektromagnitni procesi v si-lovih aktivnih kompen-satorah neaktivnih skladovih potuzhnosti [Electromagnetic processes in power active filters of inactive components of capacity]. Transaction of Kremenchuk State Polytechnic University, 2, 160-165. [in Ukraine].
[9] Zhujkov, V.Y. (2011). Osoblyvosti rezhymiv ro-boty FKP [Specialized mode of work FKP]. Tekhnichna elektrodynamika,. 1, 24-29 [in Ukraine].
[10]Alekseev, B.A. (2007). Aktivnyye fil'try vysshikh garmonik [Active filters of higher harmonics]. Elektro, 3, 28-32 [in Russia].
[11] Bondarenko, S., Bialobrzheskyi, O., & Vlasenko, R. (2018). Investigation of the influence of the transformer of a series active filter on the quality of voltage. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 93-101.
doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2018-1-10 [in Ukraine].
[12] Ivanov, I.I., Solovev, G.I., Frolov, V.Ya. (2016). Elektrotekhnika i osnovy elektroniki [Electrical engineering and basic electronics]. Lan, 736 [in Russia].
[13] Kuvshinov, G.E. (2016). Skhemy zameshcheniya transformatora [Schemes of substitution of the transformer]. Far Eastern Federal University, 136.
[14] Vlasenko, R.V., Byalobrzheskij, O.V. (2018). Limitations of current of the three-phase active power filter in the conditions of overload and short circuit. Electrical Engineering & Electromechan-ics, 2, 29-34 [in Ukraine].
[15]Chernyh, I. (2011). Modelirovaniye elektro-tekhnicheskikh ustroystv v Matlab, SimPowerSys-tems i Simulink [Modeling of electrical devices in Matlab, SimPowerSy stems and Simulink]. DMK Press, 288 [in Russia].
[16] Zakis, J., Vinnikov, D., Laugis, J., Rankirs, I. (2010). Feasibility study of flexible systems for reactive power compensation. Springer, 14-20.
[17] WangMan-Chung, Lei WongChi-Seng, Lam (2018). Adaptive Hybrid Active Power Filters. New York City: Springer, 232 p.
[18]Vangenthaym, F. L. (2010). Active Filter und Oszillatoren. Technosphere, 416.
[19] 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].
