Аннотация
В работе предложена система управления активным выпрямителем (АВ) преобразователя частоты (ПЧ) с изменяемой частотой коммутации силовых ключей АВ, учитывающая изменение режимов работы электропривода клети прокатного стана. В системе управления АВ применена широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с удалением выделенных гармоник. При снижении нагрузки или работе электропривода на холостом ходу система управления АВ выбирает таблицу углов переключения силовых ключей, соответствующую текущему режиму работы. Применение таблиц с увеличенной частотой переключения позволяет исключить из спектра потребляемого тока большее число гармоник, что положительно сказывается на качестве напряжения питающей сети. Предложен способ переключения таблиц на основе сравнения действующего значения тока АВ с заранее определёнными граничными значениями, полученными с применением разработанной методики анализа теплового баланса тиристоров. Имитационное моделирование производилось в программном пакете Matlab-Simulink на комплексной математической модели внутренней распределительной сети металлургического предприятия, имеющего электропривод с ПЧ-АВ. Особенностью данной питающей сети является наличие сложных резонансных явлений. Сравнительный анализ данных, полученных при имитационном моделировании для цикла работы прокатного стана с электроприводом на базе ПЧ-АВ, показал положительный технический эффект на качество напряжения питающей сети 10 кВ при работе электропривода стана на холостом ходу или при сниженной нагрузке.
Ключевые слова
Активный выпрямитель, преобразователь частоты, широтно-импульсная модуляция, показатели качества электроэнергии, электромагнитная совместимость, система управления, режим работы электропривода.
1. Retrofit of a hot rolling mill plant with three-level active front end drives / G. Alonso Orcajo, Josué Rodríguez D., José M. Cano, Joaquín G. Norniella, Pablo Ardura G., Rocío Llera T., Diego Cifrián R. // IEEE Transactions on Industry Applications (May-June 2018). IEEE, 2018. № 54(3). Pp. 2964-2974. doi: 10.1109/TIA.2018.2808159
2. Храмшин T.P., Корнилов Г.П. Крубцов Д.С. Оценка методов широтно-импульсной модуляции напряжения активных выпрямителей прокатных станов // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2013. № 2. С. 48-53.
3. Reactive power compensation in industrial grid via high-power adjustable speed drives with medium voltage 3L-NPC BTB converters / A.A. Radionov, V.R. Gasiyarov, A.S. Maklakov, E.A. Maklakova // International Journal of Power Electronics and Drive Systems. 2017. № 8(4). Pp. 1455-1466
4. Маклаков А.С. Имитационное моделирование главного электропривода прокатной клети толстолистового стана 5000 // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. № 3. С. 16-25.
5. Providing Electromagnetic Compatibility of High-Power Frequency Converters with Active Rectifiers at Internal Power Supply System of Cherepovets Steel Mill / A.A. Ni-kolaev, I.G. Gilemov, M.V. Bulanov, V.I. Kosmatov // XVIII International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives (ACED). 2021. Pp. 1-8. doi: 10.1109/ACED50605.2021.9462264
6. Экспериментальные исследования электромагнитной совместимости современных электроприводов в системе электроснабжения металлургического предприятия / А.А. Николаев, Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин, Г. Никифоров, Ф.Ф. Муталлапова // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. № 14(4). С. 96-105. doi: 10.18503/1995-2732-2016-14-4-96-105
7. Harmonic analysis of grid-tied active front end inverters for the frequency range of 0-9 kHz in distribution networks: ad-dressing future regulations / H. Rathnayake, K. G. Khajeh, F. Zare, R. Sharma // IEEE International Conference on In-dustrial Technology (ICIT). 2019. Pp. 446-451. doi: 10.1109/ICIT.2019.8755015
8. A flexible selective harmonic mitigation technique to meet grid codes in three-level PWM converters / L.G. Franquelo, J. Nápoles, R.C.P. Guisado, J.I. León, M.A. Aguirre // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2007. № 54(6). Pp. 3022-3029. doi: 10.1109/TIE.2007.907045
9. Research on hybrid SHEPWM based on different switching patterns / T. Jing, A. Maklakov, A. Radionov, S. Baskov, A. Kulmukhametova // International Journal of Power Electronics and Drive Systems. 2019. № 10 (4). Pp. 1875-1884. doi: 10.11591/ijpeds.v10.i4.pp. 1875-1884.
10. Moeini A., Zhao H., Wang S. A current reference based selective harmonic current mitigation PWM technique to improve the performance of cascaded H-bridge multilevel active rectifiers // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2018. Vol. 65. Pp. 727-737. doi: 10.1109/TIE.2016.2630664
11. Jing T., Maklakov A., Radionov A. Two selective harmonic control techniques applied in 10kV grid with three-level NPC inverter // IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI). Magnitogorsk, 2019. Pp. 75-79. doi: 10.1109/PEAMI.2019.8915413
12. Improving the performance of protection schemes in three level IGCT-based neutral point clamped converters / A.V. Rocha, G.J. França, M.E. dos Santos, H. de Paula, B.J. Cardoso Filho // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. 2010. Pp. 2326-2332. doi: 10.1109/ECCE.2010.5617875
13. Shimada T., Taniguchi K. IGBT/MOSFET hybrid bridge with phase shift and frequency modulation control for a bi-directional series resonant converter // 19th European Con-ference on Power Electronics and Applications (EPE'17 EC-CE Europe). 2017. Pp. P.1-P.7. doi: 10.23919/EPE17ECCEEurope.2017.8099058
14. Ioffe I., Iunusov R., Kostylev A. The comparative analysis of processes in active front end (AFE) for cases of different power sources // IEEE Russian Workshop on Power Engi-neering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI). 2019. Pp. 99-104. doi: 10.1109/PEAMI.2019.8915097
15. Nikolaev A.A., Gilemov I.G., Bulanov M.V. Influence investigation of electric drive operation mode at a rolling mill FC with AR on the 10kV supply network voltage quality // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2021. Pp. 535-540. doi: 10.1109/UralCon52005.2021.9559456
16. Николаев А.А., Гилемов И.Г. Улучшение качества напряжения в электрических сетях с активными выпрямителями за счет выбора оптимальных таблиц углов переключения ШИМ // Электротехнические системы и комплексы. 2019. №4(45). С. 35-42. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2019-4(45)-35-42
17. Официальный сайт «Hitachi Energy Ltd.». URL: https://www.hitachienergy.com/ru/ru/offering/product-and-system/semiconductors/integrated-gate-commutated-thyristors-igct/asymmetric-and-reverse-conducting (дата об-ращения 01.09.2021).