Научная статья на тему 'ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЕТИ ПОСРЕДСТВОМ ВЫСОКОМОЩНОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА'

ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЕТИ ПОСРЕДСТВОМ ВЫСОКОМОЩНОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
36
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АКТИВНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ / ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ЗАПРОГРАММИРОВАННАЯ ШИМ / УДАЛЕНИЕ ВЫДЕЛЕННЫХ ГАРМОНИК / ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ / КАЧЕСТВО НАПРЯЖЕНИЯ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Маклаков Александр Сергеевич, Николаев Александр Аркадьевич, Линьков Сергей Александрович, Лисовская Татьяна Александровна

Актуальность В настоящее время нет полного понимания возможностей и всех последствий при компенсации реактивной мощности посредством высокомощного регулируемого электропривода переменного тока с активным выпрямителем напряжения (РЭПТ с АВН) с учётом возможных ограничений и сопутствующих проблем, но данные режимы используются и показывают свою эффективность. Цель исследования Статья посвящена вопросам компенсации реактивной мощности и улучшению качества напряжения в сети посредством высокомощного РЭПТ с АВН. Методы исследования В работе применены методы теоретических и экспериментальных исследований. Результаты Было отмечено, что гладкая составляющая первой гармоники выходного напряжения АВН ограничена напряжением в DC звене и предельно-допустимым током АВН, что влияет на диапазон передаваемой реактивной мощности в системе «РЭПТ с АВН - питающая сеть». Таким образом, существуют ограничения для генерации реактивной мощности в системе «РЭПТ с АВН - питающая сеть», которые должны быть учтены при синтезе системы управления АВН. Повышение качества напряжения в сети с помощью мощных РЭПТ с АВН возможно при правильном выборе схемы подключения к питающей сети, частоте переключений полупроводниковых модулей, анализу резонансных явлений, настройке системы управления АВН и тепловом контроле силовых компонентов. Представленный в работе пример экспериментальных кривых потребляемого тока из сети при двух различных алгоритмах широтно-импульсной модуляции с удалением выделенных гармоник для АВН демонстрирует улучшение показателя суммарного коэффициента гармонических искажений тока сети в два раза. Ключевые слова: активный выпрямитель напряжения, предварительно запрограммированная ШИМ, удаление выделенных гармоник, электромагнитная совместимость, качество напряжения Благодарности: Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента Российской Федерации для молодых ученых - кандидатов наук МК-3803.2022.4.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Маклаков Александр Сергеевич, Николаев Александр Аркадьевич, Линьков Сергей Александрович, Лисовская Татьяна Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

REACTIVE POWER COMPENSATION USING A HIGH-POWER REGENERATIVE AC DRIVE

Relevance At present, there is no complete understanding of the possibilities of reactive power compensation by means of high-power regenerative AC drives (RACD) with active frondend rectifiers (AFE), given the limitations and associated problems with electromagnetic compatibility. Aim of research The article is devoted to the issues of reactive power compensation and improvement of the voltage quality in the grid by high-power RACD with AFE. Research methods Methods of theoretical and experimental researches are applied in the work. Results It was noted that the smooth component of the first harmonic of the AFE output voltage is limited by the voltage in the DC link and the maximum allowable AFE current, and this affects the range of transmitted reactive power in the system «RACD with AFE - grid». Thus, there are restrictions for the generation of reactive power in the system «RACD with AFE - grid», which requires their special calculation in the synthesis of the control system. Power quality improving by powerful RACD with AFE is possible only with the correct choice of the grid connection, the switching frequency of semiconductor modules, resonance analysis, AFE control system parameters and thermal control of the power modules. The experimental curves of current consumption from the grid presented in the paper with two different PWM algorithms for the AFE demonstrates a decreasing of current total harmonic distortion. Keywords: active front-end rectifier, pre-programmed PWM, selective harmonic elimination, electromagnetic compatibility, power quality Acknowledgments: The work was supported by the Grant of the President of the Russian Federation for young scientists - candidates of sciences MK-3803.2022.4.

Текст научной работы на тему «ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЕТИ ПОСРЕДСТВОМ ВЫСОКОМОЩНОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА»

Александр Сергеевич Маклаков Alexander S. Maklakov

кандидат технических наук, доцент,

старший научный сотрудник, Управление научной и инновационной деятельности, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия

Александр Аркадьевич Николаев Aleksandr A. Nikolaev

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автоматизированного электропривода и мехатроники, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия

Татьяна Александровна Лисовская Tatiana A. Lisovskaya

старший преподаватель кафедры «Электротехника», Московский политехнический университет, Москва, Россия

Сергей Александрович Линьков Sergey A. Linkov

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автоматизированного электропривода и мехатроники, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия

УДК 621.372.632 DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-3-4-65-74

ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЕТИ ПОСРЕДСТВОМ ВЫСОКОМОЩНОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Актуальность

В настоящее время нет полного понимания возможностей и всех последствий при компенсации реактивной мощности посредством высокомощного регулируемого электропривода переменного тока с активным выпрямителем напряжения (РЭПТ с АВН) с учётом возможных ограничений и сопутствующих проблем, но данные режимы используются и показывают свою эффективность. Цель исследования

Статья посвящена вопросам компенсации реактивной мощности и улучшению качества напряжения в сети посредством высокомощного РЭПТ с АВН. Методы исследования

В работе применены методы теоретических и экспериментальных исследований. Результаты

Было отмечено, что гладкая составляющая первой гармоники выходного напряжения АВН ограничена напряжением в DC звене и предельно-допустимым током АВН, что влияет на диапазон передаваемой реактивной мощности в системе «РЭПТ с

- 65

Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 3-4, т. 18, 2022

АВН - питающая сеть». Таким образом, существуют ограничения для генерации реактивной мощности в системе «РЭПТ с АВН - питающая сеть», которые должны быть учтены при синтезе системы управления АВН. Повышение качества напряжения в сети с помощью мощных РЭПТ с АВН возможно при правильном выборе схемы подключения к питающей сети, частоте переключений полупроводниковых модулей, анализу резонансных явлений, настройке системы управления АВН и тепловом контроле силовых компонентов. Представленный в работе пример экспериментальных кривых потребляемого тока из сети при двух различных алгоритмах широтно-импульсной модуляции с удалением выделенных гармоник для АВН демонстрирует улучшение показателя суммарного коэффициента гармонических искажений тока сети в два раза.

Ключевые слова: активный выпрямитель напряжения, предварительно запрограммированная ШИМ, удаление выделенных гармоник, электромагнитная совместимость, качество напряжения

Благодарности: Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента Российской Федерации для молодых ученых — кандидатов наук МК-3803.2022.4.

REACTIVE POWER COMPENSATION USING A HIGH-POWER REGENERATIVE AC DRIVE

Relevance

At present, there is no complete understanding of the possibilities of reactive power compensation by means of high-power regenerative AC drives (RACD) with active frondend rectifiers (AFE), given the limitations and associated problems with electromagnetic compatibility.

Aim of research

The article is devoted to the issues of reactive power compensation and improvement of the voltage quality in the grid by high-power RACD with AFE.

Research methods

Methods of theoretical and experimental researches are applied in the work.

Results

It was noted that the smooth component of the first harmonic of the AFE output voltage is limited by the voltage in the DC link and the maximum allowable AFE current, and this affects the range of transmitted reactive power in the system «RACD with AFE - grid». Thus, there are restrictions for the generation of reactive power in the system «RACD with AFE - grid», which requires their special calculation in the synthesis of the control system. Power quality improving by powerful RACD with AFE is possible only with the correct choice of the grid connection, the switching frequency of semiconductor modules, resonance analysis, AFE control system parameters and thermal control of the power modules. The experimental curves of current consumption from the grid presented in the paper with two different PWM algorithms for the AFE demonstrates a decreasing of current total harmonic distortion.

Keywords: active front-end rectifier, pre-programmed PWM, selective harmonic elimination, electromagnetic compatibility, power quality

Acknowledgments: The work was supported by the Grant of the President of the Russian Federation for young scientists — candidates of sciences MK-3803.2022.4.

Введение

Увеличение мирового спроса на энергоресурсы повлекло за собой появление новых технических систем на основе устройств силовой преобразовательной техники, способных управлять большими потоками активной и реактивной мощности с минимальным негативным влиянием на окружающую среду и высоким коэффициентом полезного действия. Среди наиболее крупных потребителей являются рекуперативные электроприводы переменного тока (РЭПТ) среднего напряжения на базе трехуровневых преобразователей частоты с активными выпрямителями напряжения (АВН) и автономными инверторами напряжения (АИН). Масштабное внедрение такие системы получили в нефтяной, газовой, металлургической, горной, морской, химической, цементной, бумажной, транспортной и других областях промышленности [1-5]. В таблице 1 приведен перечень преобразователей частоты для РЭПТ, которые серийно выпускаются для рассматриваемых приложении.

Современные РЭПТ на основе данных преобразователей имеют ряд преимуществ перед электроприводами предыдущего поколения, имеющих тиристорные

выпрямительные модули, а именно:

1) возможность рекуперации энергии в сеть в тормозных режимах работы электропривода с минимальным искажением;

2) возможность регулирования коэффициента мощности; 3) улучшенный гармонический состав потребляемого из сети тока за счет применения специализированных алгоритмов широтно-импульсной модуляции АВН [6-8]. На рисунке 1 показана типовая схема подключения РЭПТ с АВН, где основными компонентами подключения к питающей сети являются: трансформатор, реактор, полупроводниковый модулятор, DC звено, устройство фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и система управления.

Перспективы компенсация

реактивной мощности

В работах Gonzalo Alonso Orcajo и др. [9-11] показана возможность компенсации реактивной мощности в питающей сети за счёт модернизации нескольких главных электроприводов прокатных клетей стана горячей прокатки. Новые электроприводы выполнены на основе трёхуровневых преобразователей среднего напряжения с АВН, позволяющие обеспечить потребление электродвигателями

Таблица 1. Преобразователи частоты для РЭПТ с АВН

Table 1. High-power frequency converters for AFE drives

Производитель Тип Мощность, МВт Напряжение, кВ Модули

Alstom (Франция) VDM 5000 1,4-7,2 2,3; 3,3; 4,2 IGBT

VDM 6000 0,3-8 2,3; 3,3; 4,2 IGBT

ABB (Швейцария) ACS 6000 3-36 3,1; 3,3 IGCT

PCS 6000 4-9 3,3; 4,16 IGCT

Siemens (Германия) SINAMICS SM120 CM 5-7,2 4,16 LV-IGBT / HV-IGBT

SINAMICS SM150 3,4-31,5 3,3; 4,16 HV-IGBT / IGCT

General Electric (США) MV6 Series 0,16-3,15 4,16; 6,6 IGBT

MV 7000 4,3-101 3,3; 5,2; 6,6; 8,2; 10 IGBT

Delta Group (Тайвань) MVD 3000 0,315-5,3 3,3-11 HV-IGBT

Питающая ¡Трансформатор сеть I (Опционально)

сю

Фильтр

L

CT

I____J

+

^ iabc _Ï_

n

ФАПЧ-- -

Активный выпрямитель напряжения

/

/

Система управления

DC шина

Cd

Udc

к--

Рисунок 1. Система силовой электроники для РЭПТ с АВН Figure 1. Power electronic system based on AFE drives

активном мощности для поддержания требуемого процесса прокатки и компенсировать часть реактивной мощности, потребляемой соседними потребителями. С точки зрения практической значимости представленные в статьях решения понятны и, несомненно, могут быть рекомендованы для любых других подобных систем. Однако в работах не рассмотрены подробно вопросы определения возможных ограничений по компенсации реактивной мощности в условиях максимального тока и напряжения в шине постоянного тока преобразователя частоты. Эти вопросы требуют более глубокого теоретического анализа, чтобы распространить предложенные решения на более широкий класс объектов.

В статье [12] авторами P. Pandit и др. была рассмотрена энергосистема экскаватора, где коэффициент мощности в точке балансовой принадлежности выбирался таким образом, чтобы обеспечивалось максимальное снижение флуктуации напряжения на высоковольтном вводе

экскаватора. Для достижения желаемого коэффициента мощности система высокомощного РЭПТ с помощью АВН компенсировала потребление реактивной мощности от нагрузок собственных нужд экскаватора. Следует отметить, что этого удалось достичь при уровне напряжения в звене постоянного тока, в два раза превышающем напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Такое решение вызывает вопросы по условиям работы двигателя переменного тока, так как высокое напряжение в DC звене неблагоприятно скажется на электромагнитных процессах со стороны АИН (низкий коэффициент модуляции, высшие гармоники, синфазные токи/напряжения и т.п.).

В работах С.С. Брованова и др. [13] подробно проанализированы электромагнитные процессы, происходящие в силовой цепи трёхуровневого преобразователя КРС топологии в автономных системах генерирования электрической энергии. Было доказано, что при работе в режимах генерирования или потребления

реактивной мощности ухудшается неравномерная нагрузка на полупроводниковые модули трёхуровневого преобразователя, увеличивается разбалансировка напряжений в звене постоянного тока и снижается качество преобразованной электроэнергии. Однако данные проблемы могут не оказывать существенное влияние на эффективность работы преобразователя при достаточном охлаждении и использовании быстродействующих алгоритмов выравнивания напряжений в звене постоянного тока трёхуровневого №С преобразователя, а также правильно подобранных параметров синус-фильтров.

Другим интересным примером проблемы с компенсацией реактивной мощности посредством РЭПТ является перегрев АВН. Опыт эксплуатации данных технических систем на металлургическом предприятии показал, что настройка АВН для компенсации неактивной мощности, потребляемой мощными пассивными фильтрами в точке общего подключения, вызывает их перегрев при длительной работе. В этом случае специалистами предприятия было принято решение не использовать режимы компенсации реактивной мощности АВН из-за отсутствия дополнительной возможности снизить их температуру.

Таким образом, в настоящее время нет полного понимания возможностей и всех последствий при компенсации реактивной мощности посредством высокомощного РЭПТ с АВН с учётом возможных ограничений и сопутствующих проблем, но данные режимы используются и показывают свою эффективность.

Особенности работы АВН

при компенсации реактивной

мощности

Возможности компенсации реактивной мощности в системе «РЭПТ с АВН — питающая сеть» удобно рассмотреть с

помощью однофазной схемы замещения, показанной на рисунке 2, а. Система представлена в виде внутренней электродвижущей силы (ЭДС) АВН Еавн, подключенной через приведенное индуктивное сопротивление Хь в точке подключения к ЭДС вторичной обмотки трансформатора или сети Ес. Разность ЕАВН и Ес приходится на Хь, падение напряжения на котором иь. Далее рассмотрим работу АВН с помощью векторных диаграмм на рисунке 2, Ьна которых отмечены ограничения по максимальному току 1смах и внутренней ЭДС АВН Еавнмох. Учёт данных ограничений позволил найти допустимую область работы АВН, которая на рисунке 2 заштрихована черными линиями.

Рисунок 2, Ь демонстрирует положения векторов при работе АВН в режиме генерации реактивной мощности (подобно статическому компенсатору реактивной мощности). Такой режим возможен при работе РЭПТ на холостом ходу. Следует отметить, что в этом режиме величина максимального реактивного тока сильно ограничена, так как пределы повышения ЕАВН также ограничены ЕАВНмах. Добиться увеличения генерируемой реактивной мощности можно с помощью дополнительного заряда конденсаторов в звене постоянного тока.

В нижней зоне рисунка 2, с АВН работает в режиме выпрямления. Потребляемый из сети ток 1с находится в фазе напряжения сети Ес, что обеспечивает единичный коэффициент мощности на входе преобразователя. Для данного режима необходимо регулировать амплитуду и фазу напряжения преобразователя ЕАВН относительно Ес таким образом, чтобы вектор падения напряжения на приведенной индуктивности иь был перпендикулярен Ес. На верхней части рисунка 2, с АВН работает в режиме инвертирования. Вектор 1с находится в противофазе вектору Ес, что также обеспечивает единич-

- 69

и системы. № 3-4, т. 18, 2022

ный коэффициент мощности на входе преобразователя. Для этого режима фаза напряжения ЕАВН должна опережать напряжение Ес на угол а. В рассмотренных режимах работы АВН может работать с максимальным током 1смах. Их можно использовать для определения возможной области генерации реактивной мощности.

В нижней части рисунка 2, С АВН работает в выпрямительном режиме, а в верхней зоне — в инверторном режиме с одновременной генерацией реактивной мощности. Для них вектор падения напряжения иь не перпендикулярен Ес, вследствие этого ток 1с либо опережает, либо отстает от Ес. Анализ диаграммы позволяет сделать вывод, что увеличения

генерируемой реактивной мощности можно также добиться с помощью дополнительного заряда конденсаторов в звене постоянного тока, но следует учитывать и величину потребляемой активной мощности, чтобы не превысить максимальный допустимый ток АВН.

Анализ векторных диаграмм работы АВН на рисунке 2 показывает, что компенсация реактивной мощности возможна как в двигательном, так и инверторном режимах работы РЭПТ. Учитывая возможные ограничения в рассматриваемой системе и эквивалентное активное сопротивление R в точке общего подключения, можно записать уравнения для определения активной, реактивной и полной мощностей:

Ес

UL Xl

Е

АВН

Pс = 0 Qc < 0 ^f* ~ --Лcmax f fM E ABHmax

L J E ^-----' ЕАВН Pc = 0 Qc < 0 b) p E ABHmax

Рисунок 2. Особенности работы АВН при компенсации реактивной мощности: однофазная схема замещения АВН (а); режим генерации реактивной мощности без потребления активной мощности (b); режим генерации реактивной мощности и потребление активной мощности (с); режим генерации реактивной мощности

и генерации активной мощности (d)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Figure 2. The specifics of the AFE operation during reactive power compensation: single-phase equivalent circuit of AFE (a); reactive power generation mode without active power consumption (b); reactive power generation mode with active power consumption (c); reactive power generation mode with active power generation (d)

Л ■ EMH ■ (R • cos(flf) + ■ sin (or)) - E2C ■ R

R2 + xl

(1)

Q = ECEMH- {Xl • cos(ar) + R • sin(or)) -E] • XL ^ (2)

R2 + x2L

= \Е2с-{Е2авн-2- ЕсЕлвн • сов (а) + Е]) (3)

где Рс = /(ЕАвн, а), Qg = /(Еавн, а), = /(ЕАВН, а) — зависимости активной, реактивной и полной мощностей в системе «РЭПТ — питающая сеть»; а — угол сдвига между Ес и ЕАВН.

Следует отметить, что выходное напряжение ЕАВН будет зависеть от напряжения в шине DC и алгоритма широтно-импульс-ной модуляции (ШИМ). Кроме того, угол а ограничен максимальным потребляемым током. Следовательно, можно сделать вывод, что при повышении уровня напряжения в DC диапазон передаваемой реактивной мощности в системе «РЭПТ — питающая сеть» может быть увеличен при условии постоянства требуемой активной мощности в рассматриваемой системе. Однако на практике в большинстве случаев у АВН в составе РЭПТ максимальное значение гладкой составляющей первой гармоники выходного напряжения ЕАВН превышает напряжение сети Ес только на 15-20 % (дальнейшее увеличение может привести к перегрузке по полному току). Таким образом, данная особенность накладывает существенные ограничения на величину реактивной мощности и требует дальнейшего учёта при синтезе системы управления.

Необходимость повышения качества напряжения мощных РЭПТ с АВН

Результаты теоретических и экспериментальных исследований эффективности работы мощных РЭПТ с АВН в условиях действующего производства при наличии проблем с электромагнитной совместимостью с питающей сетью в научной литературе отражены крайне слабо. Производители силовых полупро-

водникового преобразователей, на базе которых выполняются АВН и АИН в составе РЭПТ, гарантируют обеспечение электромагнитной совместимости своих устройств, но опираясь только на показатели коэффициентов отдельных гармонических составляющих и суммарного индекса гармонических искажений не выше 50-й гармоники. В настоящее время международные стандарты электромагнитной совместимости не регламентируют гармонические искажения в диапазоне между 50-й и 150-й гармониками. В подтверждение сказанному, опубликованные исследования в ведущем мировом научно-рецензируемом журнале IEEE Industry Applications Magazine в 2020 г. авторами A. Hoevenaars, M. Farbis и M. McGraw [14] призывают к необходимости разработки рекомендаций для проектирования и эксплуатации систем электроснабжения с учётом проблем электромагнитной совместимости с высокомощными РЭПТ с АВН.

Алгоритмы ШИМ с удалением выделенных гармоник в тандеме с применяемыми классическими фильтрокомпенси-рующими устройствами не всегда обеспечивают достижение необходимого технического эффекта по поддержанию заданного качества напряжения в сети из-за наличия сложных резонансных явлений в частотных характеристиках [15-17]. На рисунке 3 показаны результаты экспериментальных исследований на реальном производственном объекте РЭПТ с АВН, где видно, что качество питающего напряжения в точке общего подключения потребителей отличается в два раза по показателю коэффициента суммарных гармонических искажений напряжения (THD^). Было выявлено, что заданы неоптимальные настройки применяемого алгоритма ШИМ с удалением выделенных гармоник для АВН. Были предложены новые настройки алгоритма ШИМ с учётом удаления высокочастот-

- 71

кВ

U, кВ

0

kU, ■ %

6

0,004

0,008

0,012

0.016

23

13

...Ib-lllI

2937

47

,1.1, .i,.u...

r,llMI 8249 В ТИП, = 4,91%

121

127

...' ..ll,LI,..j ,....

-20

Kr

0,004

0,008

0,012

0,016

■ : : r,1lmi 824.3 в ТИП, = 2,32% (-52,8%)

29 35 31 59

.....ИН1^.-...... 121 .

50

100

150

50

100

150

a)

b)

Рисунок 3. Экспериментальные исследования на реальном производственном объекте РЭПТ с АВН при различных алгоритмах ШИМ: алгоритм ШИМ с удалением 5, 7, 11, 13, 17 и 19 (a); алгоритм ШИМ с удалением 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23 и 25(b)

Figure 3. Experimental research at the operating production facility featuring AC RED with AFE using different PWM algorithms: PWM with 5, 7, 11, 13, 17 and 19 (a); PWM with 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23 and 25 (b)

ных гармоник потребляемого тока, попадающих в резонансную область частотной характеристики питающей сети относительно секций главной понизительной подстанции.

Результаты, опубликованные в статьях Цзин Тао [18, 19], также показывают возможности повышения качества напряжения на входе АВН при правильном выборе предварительно запрограммированных ШИМ последовательностей переключений полупроводниковых модулей.

Выводы

В статье рассмотрены возможности компенсации реактивной мощности и улучшение качества напряжения в питающей сети посредством высокомощного РЭПТ на базе трёхуровневых АВН.

Список источников

1. Abu-Rub H., Bayhan S., Moinoddin S., Malinowski M., Guzinski J. Medium-Voltage Drives: Challenges and Existing Technology // IEEE Power Electron. Mag. 2016. No. 3. P. 29-41.

Предложены рекомендации по определению величины генерируемой реактивной мощности с помощью анализа векторных диаграмм при учёте уровня напряжения в DC звене и потребляемого тока АВН.

Для повышения качества напряжения в сети следует рассматривать сразу несколько факторов, связанных с выбором топологии преобразователей, методов ШИМ и параметров питающей энергосистемы.

Исследования в данной области перспективны в настоящее время и в будущем из-за повсеместного использования мощных РЭПТ с АВН, а также ужесточения требований к энергосбережению, энергоэффективности и качеству напряжения.

2. Wu B., Narimani M. High-Power Converters and AC Drives. 2 ed. New Jersey: Wiley-IEEE Press, 2017. 480 p.

3. Rodriguez J., Jih-Sheng Lai, Peng F.Z. Multilevel+ Inverters: a Survey of Topologies,

0

t, s

t, s

6

4

2

0

0

0

0

n

n

Controls, and Applications // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2002. Vol. 49. No. 4. P. 724-738.

4. Mohammed S.A., Abdel-Moamen M.A., Hasanin B. A Review of the State-of-the-Art of Power Electronics for Power System Applications // International Journal of Electronics and Communication Engineering. 2013. Vol. 1. No. 1. P. 43-52.

5. Rajesh D., Ravikumar D., Bharad-waj S.K., Vastav B.K.S. Design and Control of Digital DC Drives in Steel Rolling Mills // Proceedings of the 2016 International Conference on Inventive Computation Technologies (ICICT), India. 2016.

6. Moeini A., Dabbaghjamanesh M., Kimball J.W., Zhang J. Artificial Neural Networks for Asymmetric Selective Harmonic Current Mitiga-tion-PWM in Active Power Filters to Meet Power Quality Standards // IEEE Transactions on Industry Applications. 2020.

7. Patil S.D., Kadu A., Dhabe P. Improved Control Strategy for Harmonic Mitigation in Multilevel Inverter // Proc. 5th International Conference on Intelligent Computing and Control Systems. 2021. P. 727-732.

8. Cheng J., Xu T., Chen D., Chen G. Dynamic and Steady State Response Analysis of Selective Harmonic Elimination in High Power Inverters. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 75588-75598.

9. Orcajo G.A., Diez J.R., Cano J.M., Norniella J.G., Pedrayes González J.F., Rojas C.H. Coordinated Management of Electrical Energy in a Steelworks and a Wind Farm // IEEE Transactions on Industry Applications. 2022. Vol. 58. No. 4. P. 5488-5502.

10. Alonso Orcajo G., Rodríguez D.J., Cano J.M., Norniella J.G., Ardura G.P., Llera T.R., Cifrián R.D. Retrofit of a Hot Rolling Mill Plant with Three-Level Active Front End Drives // IEEE Transactions on Industry Applications. 2018. Vol. 54. No. 3. P. 2964-2974.

11. Orcajo Gonzalo Alonso, Rodríguez D. Josué, Ardura G. Pablo, Cano José M., Norniella Joaquín G., Llera T. Rocio, Cifrián R. Diego. Dynamic Estimation of Electrical Demand in Hot Rolling Mills // IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. Vol. 52. No. 3. P. 2714-2723.

12. Pandit P., Mazumdar J., May T., Koel-lner W.G. Real-Time Power Quality Measurements from a Conventional AC Dragline // IEEE Trans-

actions on Industry Applications. 2010. Vol. 46. No. 5. P. 1755-1763.

13. Dybko M.A., Brovanov S.V., Kharito-nov S.A. Mathematical Simulation Technique for Power Systems Based on Diode-Clamped Multilevel VSC // Eurocon. 2013. P. 941-948.

14. Hoevenaars A., Farbis M., McGraw M. Active Harmonic Mitigation: What the Manufacturers Don't Tell You // IEEE Industry Applications Magazine. 2020. Vol. 62. P. 41-51.

15. Nikolaev A.A., Gilemov I.G. The Dynamic Operation Investigation of an Active Rectifier Control System with IGCT-Thyristor Switching Angle Table Selection Function // 2022 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 2022. P. 492-497.

16. Nikolaev A.A., Gilemov I.G., Bula-nov M.V., Kosmatov V.I. Providing Electromagnetic Compatibility of High-Power Frequency Converters with Active Rectifiers at Internal Power Supply System of Cherepovets Steel Mill // Proceedings of the International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives, Ekaterinburg, Russia. 2021.

17. Maklakov A.S., Jing T., Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Lisovskaya T. A. Finding the Best Programmable PWM Pattern for Three-Level Active Front-Ends at 18-Pulse Connection // Machines. 2021. No. 9. P. 127.

18. Jing T., Maklakov A., Radionov A., Gasiyarov V., Liang Y. Formulations, Solving Algorithms, Existing Problems and Future Challenges of Pre-Programmed PWM Techniques for High-Power AFE Converters: a Comprehensive Review // Energies. 2022. No. 15. P. 1696.

19. Jing T., Radionov A., Maklakov A., Gasiyarov V. Research of a Flexible Space-Vector-Based Hybrid PWM Transition Algorithm between SHEPWM and SHMPWM for Three-Level NPC Inverters // Machines. 2020. No. 8. P. 57.

References

1. Abu-Rub H., Bayhan S., Moinoddin S., Malinowski M., Guzinski J. Medium-Voltage Drives: Challenges and Existing Technology. IEEE Power Electron. Mag., 2016, No. 3, pp. 29-41.

2. Wu B., Narimani M. High-Power Converters and AC Drives. 2 ed. New Jersey, Wiley-IEEE Press, 2017. 480 p.

3. Rodriguez J., Jih-Sheng Lai, Peng F.Z. Multilevel Inverters: a Survey of Topologies, Controls, and Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2002, Vol. 49, No. 4, pp. 724-738.

4. Mohammed S.A., Abdel-Moamen M.A., Hasanin B. A Review of the State-of-the-Art of Power Electronics for Power System Applications. International Journal of Electronics and Communication Engineering, 2013, Vol. 1, No. 1, pp. 43-52.

5. Rajesh D., Ravikumar D., Bharadwaj S.K., Vastav B.K.S. Design and Control of Digital DC Drives in Steel Rolling Mills. Proceedings of the 2016 International Conference on Inventive Computation Technologies (ICICT), India. 2016.

6. Moeini A., Dabbaghjamanesh M., Kimball J.W., Zhang J. Artificial Neural Networks for Asymmetric Selective Harmonic Current Mitiga-tion-PWM in Active Power Filters to Meet Power Quality Standards. IEEE Transactions on Industry Applications, 2020.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Patil S.D., Kadu A., Dhabe P. Improved Control Strategy for Harmonic Mitigation in Multilevel Inverter. Proc. 5th International Conference on Intelligent Computing and Control Systems, 2021, pp. 727-732.

8. Cheng J., Xu T., Chen D., Chen G. Dynamic and Steady State Response Analysis of Selective Harmonic Elimination in High Power Inverters. IEEE Access, 2021, Vol. 9, pp. 75588-75598.

9. Orcajo G.A., Diez J.R., Cano J.M., Norniella J.G., Pedrayes González J.F., Rojas C.H. Coordinated Management of Electrical Energy in a Steelworks and a Wind Farm. IEEE Transactions on Industry Applications, 2022, Vol. 58, No. 4, pp. 5488-5502.

10. Alonso Orcajo G., Rodríguez D.J., Cano J.M., Norniella J.G., Ardura G.P., Llera T.R., Cifrián R.D. Retrofit of a Hot Rolling Mill Plant with Three-Level Active Front End Drives. IEEE Transactions on Industry Applications, 2018, Vol. 54, No. 3, pp. 2964-2974.

11. Orcajo Gonzalo Alonso, Rodríguez D. Josué, Ardura G. Pablo, Cano José M., Norniella Joaquín G., Llera T. Rocio, Cifrián R. Diego. Dynamic Estimation of Electrical Demand in Hot

Rolling Mills. IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, Vol. 52, No. 3, pp. 2714-2723.

12. Pandit P., Mazumdar J., May T., Koell-ner W.G. Real-Time Power Quality Measurements from a Conventional AC Dragline. IEEE Transactions on Industry Applications, 2010, Vol. 46, No. 5, pp. 1755-1763.

13. Dybko M.A., Brovanov S.V., Kharito-nov S.A. Mathematical Simulation Technique for Power Systems Based on Diode-Clamped Multilevel VSC. Eurocon, 2013, pp. 941-948.

14. Hoevenaars A., Farbis M., Mc-Graw M. Active Harmonic Mitigation: What the Manufacturers Don't Tell You. IEEE Industry Applications Magazine, 2020, Vol. 62, pp. 41-51.

15. Nikolaev A.A., Gilemov I.G. The Dynamic Operation Investigation of an Active Rectifier Control System with IGCT-Thyristor Switching Angle Table Selection Function. 2022 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2022, pp. 492-497.

16. Nikolaev A.A., Gilemov I.G., Bula-nov M.V., Kosmatov V.I. Providing Electromagnetic Compatibility of High-Power Frequency Converters with Active Rectifiers at Internal Power Supply System of Cherepovets Steel Mill. Proceedings of the International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives, Ekaterinburg, Russia. 2021.

17. Maklakov A.S., Jing T., Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Lisovskaya T. A. Finding the Best Programmable PWM Pattern for Three-Level Active Front-Ends at 18-Pulse Connection. Machines, 2021, No. 9, pp. 127.

18. Jing T., Maklakov A., Radionov A., Gasiyarov V., Liang Y. Formulations, Solving Algorithms, Existing Problems and Future Challenges of Pre-Programmed PWM Techniques for HighPower AFE Converters: a Comprehensive Review. Energies, 2022, No. 15, pp. 1696.

19. Jing T., Radionov A., Maklakov A., Gasiyarov V. Research of a Flexible Space-Vector-Based Hybrid PWM Transition Algorithm between SHEPWM and SHMPWM for Three-Level NPC Inverters. Machines, 2020, No. 8, pp. 57.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.