Анализ эффективности работы параллельного активного фильтра в промышленной системе электроснабжения с нелинейной нагрузкой и конденсаторными установками при резонансных режимах

Ю. А. Сычев; В. Н. Костин; В. А. Сериков; Р. Ю. Зимин; М. Е. Аладьин

doi:10.34831/EP.2023.86.12.005

Анализ эффективности работы параллельного активного фильтра в промышленной системе электроснабжения с нелинейной нагрузкой и конденсаторными установками при резонансных режимах

Ю. А. Сычев, В. Н. Костин, В. А. Сериков, Р. Ю. Зимин, М. Е. Аладьин

Аннотация

Приведены результаты исследования эффективности функционирования параллельного активного фильтра в системе электроснабжения с нелинейной нагрузкой и конденсаторными установками компенсации реактивной мощности в резонансных режимах. Обоснована целесообразность установки активно-емкостного фильтра на выходе параллельного активного фильтра для повышения эффективности компенсации высших гармоник, создаваемых нелинейной нагрузкой, при резонансных явлениях между конденсаторными установками компенсации реактивной мощности и питающим трансформатором. Разработана компьютерная имитационная модель типовой промышленной системы электроснабжения с нелинейной нагрузкой, конденсаторными установками компенсации реактивной мощности и параллельным активным фильтром для анализа эффективности повышения качества электроэнергии в резонансных режимах. Для обеспечения эффективной работы параллельного активного фильтра при резонансных явлениях предложено использование активно-емкостного пассивного фильтра на его выходе. По результатам моделирования выявлены зависимости изменения уровня высших гармоник тока и напряжения при работе активного фильтра от вариации параметров активно-емкостного фильтра. Полученные зависимости показали, что установка активно-емкостного пассивного фильтра на выходе параллельного активного фильтра существенно повышает эффективность работы последнего по компенсации высших гармоник тока и напряжения в резонансных режимах, однако данное техническое решение сопровождается увеличением потребляемого узлом нагрузки тока, что необходимо учитывать при планировании и реализации мероприятий по повышению качества электрической энергии в промышленных системах электроснабжения.

Ключевые слова

качество, электрическая энергия, активный фильтр, гармоника, резонанс, нелинейная нагрузка, конденсаторная установка

Полный текст:

PDF

Литература

Ляхомский, А. В. Разработка высоковольтного устройства автоматизированного мониторинга качества электрической энергии в подземных сетях угольных шахт / А. В. Ляхомский, Л. А. Плащанский, С. Н. Решетняк, М. Ю. Решетняк // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 7. — С. 207 – 213. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-07-0- 207-213.

Абрамов, Б. И. Инструментальные исследования качества электроэнергии на нефтепромыслах в условиях широкого применения частотно-регулируемых приводов / Б. И. Абрамов, Д. А. Державин, А. М. Чуриков, Ю. Б. Новоселов, М. А. Суслов, Ю. В. Шевырев // Нефтяное хозяйство. — 2016. — № 1. — С. 90 – 92.

Абрамович, Б. Н. Эффективность распределенной энергетики в условиях минерально-сырьевого комплекса / Б. Н. Абрамович, Ю. А. Сычев, Д. А. Устинов, И. С. Бабанова, В. Б. Прохорова // Промышленная энергетика. — 2019. — № 5. — С. 8 – 16.

Perez Valles, A. New Distributed Measurement Index for the Identification of Harmonic Distortion and/or Unbalance Sources Based on the IEEE Std. 1459 Framework / A. Perez Valles, P. Salmeron Revuelta // Electric Power Systems Research. — 2019. — Vol. 172. — Pp. 96 – 104.

Manimegalai, M. An Optimal Model for Power Quality Improvement in Smart Grid using Gravitational Search-based Proportional Integral Controller and Node Microcontroller Unit / M. Manimegalai, K. Sebasthirani // Electric Power Components and Systems. — Vol. 50, Issue 16, 17. — November 2022,– Pp. 989 – 1005. DOI: 10.1080/15325008.2022.2143940.

Дюдяков, А. А. Разработка экспериментального прототипа параллельного активного фильтра / А. А. Дюдяков, С. А. Янченко. В сб.: Фёдоровские чтения — 2021. LI международная научно-практическая конференция с элементами научной школы / Под ред. Ю. В. Матюниной. — М. Издательский дом МЭИ, 2021. — С. 231 – 239.

Сычев, Ю. А. Перспективы использования многофункциональных активных преобразователей в современных промышленных системах электроснабжения / Ю. А. Сычев, М. Е. Аладьин, Р. Ю. Зимин, А. А. Алдашов // Промышленная энергетика. — 2022. — № 4. — С. 2 – 12.

Madhu, B. R. Enhancement of power quality using microprocessor based shunt active power filter for unbalanced load / B. R. Madhu, M. N. Dinesh, T. Thinlas, D. Menezes // International Journal of Electrical and Computer Engineering. Vol. 10, No. 4, August 2020, pp. 3393 – 3402. DOI: 10.11591/ijece.v10i4.pp3393-3402.

Andang, A. Three-phase four-wire shunt hybrid active power filter model with model predictive control in imbalance distribution networks / A. Andang, R. S. Hartati, I. B. G. Manuaba, I. N. S. Kumara // International Journal of Electrical and Computer Engineering. Vol. 12, No. 6, December 2022, pp. 5923 – 5937. DOI: 10.11591/ijece.v12i6.pp5923-5937.61.

Thuyen, C. M. Improved p-q Harmonic Detection Method for Hybrid Active Power Filter / C. M. Thuyen // International Journal of Electrical and Computer Engineering. Vol. 8, No. 5, October 2018, pp. 2910 – 2919. DOI: 10.11591/ijece.v8i5. pp2910-2919.

Litran, S. P. Electromagnetic Compatibility Analysis of a Control Strategy for a Hybrid Active Filter / S. P. Litran, P. Salmeron // Electric Power Systems Research. 2017, vol. 144. pp. 81 – 88. DOI: 10.1016/j.epsr.2016.11.014.

Tuomainen, M. Harmonics and reactive power compensation in practice / M. Tuomainen. — Nokian Capacitors, EN-TH04-11 / 2004. 21 p.

Tuomainen, M. Shunt active filters / M. Tuomainen. — Nokian Capacitors, EN-TH05 – 11 / 2004. 9 p.

Tuomainen, M. Compensation of harmonic currents and reactive power with shunt active filter / М. Tuomainen. — Nokian Capacitors, EN-TH06 – 11 / 2004. 9 p.

Абрамович, Б. Н. Проблема обеспечения электромагнитной совместимости конденсаторных установок и активных фильтров в сетях нефтепромыслов / Б. Н. Абрамович, Ю. А. Сычев, А. В. Медведев, В. В. Старостин, В. В. Полищук // Нефтяное хозяйство. — 2010. — № 4. — С. 112 – 114.

Булычева, Е. А. Идентификация высших гармоник в реальном времени в электрических сетях с переменным режимом работы / Е. А. Булычева, Г. С. Кулешова, С. А. Янченко // Промышленная энергетика. — 2020. — № 10. — С. 28 – 38.

Булычева, Е. А. Анализ современных методов определения фактического вклада потребителей в общий уровень несинусоидальности напряжения электрической сети. Часть 1. Методы отклонений измеряемых величин / Е. А. Булычева, С. А. Янченко // Промышленная энергетика. — 2019. — № 6. — С. 42 – 52.

Булычева, Е. А. Анализ современных методов определения фактического вклада потребителей в общий уровень несинусоидальности напряжения электрической сети. Часть 2. Методы статистического анализа данных / Е. А. Булычева, С. А. Янченко // Промышленная энергетика. — 2019. — № 7. — С. 34 – 44.

Abdallah, W. J. A Novel Control Method for Active Power Sharing in Renewable-Energy-Based Micro Distribution Networks / W. J. Abdallah, Hashmi, K. Faiz, M. T. Flah, A. Channumsin, S. Mohamed, M. A. D. A. Ustinov, // Sustainability. 15, 1579, 2023. DOI: 10.3390 / su15021579.

Дюдяков, А. А. Анализ эффективности работы гибридного фильтра в условиях ухудшенного качества электроэнергии питающей сети / А. А. Дюдяков, С. А. Янченко. В сб.: Фёдоровские чтения — 2022. LII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием, с элементами научной школы для молодежи. Под ред. Ю. В. Матюниной. — М. Издательский дом МЭИ, 2022. С. 167 – 175.

Воронин, В. А. Выбор оптимальной конфигурации конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения выемочных участков / В. А. Воронин, Ф. С. Непша // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12. — С. 94 – 108. DOI: 10.25018/0236_1493_ 2022_12_0_94.

Yanchenko, S. Modeling harmonic amplification effects of modern household devices / S. Yanchenko, A. Kulikov, S. Tsyruk // Electric Power Systems Research. — 2018. — Т. 163. — С. 28 – 37.

Lyakhomskii, A. Assessment of the Harmonics Influence on the Power Consumption of an Electric Submersible Pump Installation / A. Lyakhomskii, A. Petrochenkov, A. Romodin, E. Perfil’eva, S. Mishurinskikh, A. Kokorev, A. Kokorev, S. Zuev // Energies 2022, 15(7), 2409; DOI: 10.3390/en15072409.

Шевырев, Ю. В. Улучшение качества электроэнергии при работе полупроводникового преобразователя частоты / Ю. В. Шевырев // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 171 – 178. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-171-178.

Шевырева, Н. Ю. Влияние активного выпрямителя напряжения с релейным контуром тока на искажение формы напряжения сети / Ю. В. Шевырев // Горный журнал. — 2022. — № 12. — С. 49 – 54. DOI 10.17580/gzh.2022. 12.09.

Костин, В. Н. Влияние высших гармоник на качество напряжения и на работу конденсаторных батарей в системах электроснабжения с нелинейной нагрузкой / В. Н. Костин, А. В. Кривенко, В. А. Сериков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2020. — № 5. — С. 431 – 441.

Костин, В. Н. Моделирование несинусоидальных режимов работы систем электроснабжения / В. Н. Костин, А. В. Кривенко, В. А. Сериков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2019. — № 7. — С. 394 – 405.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2023.86.12.005