Аннотация
На многих крупных промышленных предприятиях, в частности на предприятиях чёрной металлургии, в настоящий момент используются электроприводы переменного тока большой мощности на базе преобразователей частоты с активными выпрямителями. Данные преобразователи, как правило, имеют входное напряжение 3,15-3,5 кВ и подключаются к внутризаводской распре-делительной сети 6-35 кВ с помощью согласующих трансформаторов. При большой протяженности кабельных линий в сети 6-35 кВ могут возникать условия для появления резонанса токов в диапазоне частот, совпадающим с высокочастотными гармониками тока, генерируемыми преобразователями частоты с активными выпрямителями. При этом в сети 6-35 кВ могут возникать опасные искажения напряжения, приводящие к аварийному отключению или выходу из строя чувствительного к качеству электроэнергии оборудования. Существуют несколько способов устранения данных искажений напряжения: применение специальных фильтров для коррекции частотной характеристики; применение адаптивных алгоритмов широтно-импульсной модуляции активных выпрямителей; создание «грязной» секции на внутризаводской подстанции и др. Для определения оптимального способа устранения данных искажений необходимо знать форму частотной характеристики внутризаводской системы электроснабжения 6-35 кВ, от которой получают питание электроприводы на базе преобразователей частоты с активными выпрямителями. Целью данных исследований является разработка усовершенствованного способа диагностики резонансных явлений во внутризаводской сети 6-35 кВ за счёт тестовых воздействий со стороны активных выпрямителей. Исследования проводились с помощью имитационной модели системы «сеть – преобразователь частоты с активным выпрямителем», а также на основании результатов экспериментальных исследований на действующем электрооборудовании металлургических предприятий.
Ключевые слова
внутризаводская система электроснабжения, показатели качества электроэнергии, преобразователь частоты, активный выпрямитель, широтно-импульсная модуляция, электромагнитная совместимость, резонанс токов, частотная характеристика
1. Возможности компенсации реактивной мощности в сети посредством высокомощного рекуперативного электропривода переменного тока / А.С. Маклаков, А.А. Николаев, С.А. Линьков, Т.А. Лисовская // Электротехниче-ские и информационные комплексы и системы. 2022. №3-4(18). С. 65-74.
2. Reactive power compensation in industrial grid via highpower 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. doi: 10.11591/ijpeds.v8.i4.pp1455-1466
3. Network-friendly low-switching-frequency multipulse high-power three-level PWM rectifier / Pontt J.A., Rodríguez J.R., Liendo A., Newman P., Holtz J., San Martin J.M. // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. Vol. 56. No. 4(56). Pp. 1254-1262. doi: 10.1109/TIE.2008.2007998
4. Николаев А.А., Храмшин Т.Р., Афанасьев М.Ю. Иссле-дование резонансных явлений в распределительных электрических сетях среднего напряжения систем внут-ризаводского электроснабжения промышленных пред-приятий // Машиностроение: сетевой электронный науч-ный журнал. 2017. № 4(5). С. 51-62.
5. Resonances in a high-power active-front-end rectifier system / J. Pontt, G. Alzamora, R. Huerta, N. Becker // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2005. No. 2(52). Pp. 482-488. doi: 10.1109/TIE.2005.843907
6. Повышение качества электроэнергии в системах элек-троснабжения прокатных станов с использованием пре-образователей частоты с активными выпрямителями за счет применения специализированных пассивных филь-тров / А.А. Николаев, М.Ю. Афанасьев, И.Г. Гилемов, М.В. Буланов // Вестник ИГЭУ. 2023. № 1. С. 41-52. doi: 10.17588/2072-2672.2023.1.041-052
7. Обеспечение электромагнитной совместимости мощных электроприводов четырехклетьевого стана ППП ХП ЧерМК ПАО «Северсталь» с питающей сетью 10 кВ / А.А. Николаев, И.Г. Гилемов, М.В. Буланов, М.Ю. Афа-насьев, К.А. Шахбиева, В.А. Лаптова // Актуальные про-блемы современной науки, техники и образования. 2021. Т. 12, № 1. С. 65-74.
8. Николаев A.A., Гилемов И.Г., Буланов M.В. Оценка влияния режимов работы электроприводов прокатного стана с ПЧ-АВ на качество напряжения питающей сети 10 кВ // Вестник ИГЭУ. 2021. № 5. С. 41-50.
9. Current electromagnetic compatibility problems of high-power industrial electric drives with active front-end rectifiers connected to a 6–35 kV power grid: a comprehensive overview / A. Nikolaev, A. Maklakov, M. Bulanov, I. Gile-mov, A. Denisevich, M. Afanasev // Energies. 2023. No. 16(1). P. 293. doi: /10.3390/en16010293
10. Nikolaev A.A., Gilemov I.G. The dynamic operation investi-gation of an active rectifier control system with IGCT-thyristor switching angle table selection function // Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2022. Pp. 492-497. doi: 10.1109/ICIEAM54945.2022.9787162
11. Маклаков А.С. Имитационное моделирование главного электропривода прокатной клети толстолистового стана 5000 // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. № 3. С. 16-25.
12. O'Brien K., Teichmann R., Bernet S. Active rectifier for medium voltage drive systems // Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). IEEE, 2001. Pp. 557-562. doi: 10.1109/APEC.2001.911701
13. Retrofit of a hot rolling mill plant with three-level active front end drives / G.A. Orcajo, J.D. Rodriguez, J.M. Cano, J.G. Norniella, P.G. Ardura, R.T. Llera, D.R. Cifrian // IEEE Transactions on Industry Applications. 2018. No. 54(3). Pp. 2964-2974. doi: 10.1109/TIA.2018.2808159
14. Design and analysis of electrical drives using active front end converter / K.B. Chimonyo, K.S. Kumar, B.K. Kumar, K. Ravi // Second International Conference on Inventive Communication and Computational Technologies (ICICCT). IEEE, 2018. Pp. 115-119. doi: 10.1109/ICICCT.2018.8473042
15. Разработка усовершенствованного алгоритма ШИМ активного выпрямителя с адаптацией к резонансным яв-лениям во внутризаводской сети / Николаев А.А., Була-нов М.В., Афанасьев М.Ю., Денисевич А.С. // Вестник ИГЭУ. 2018. № 6. С. 47-56.
16. Dell'Aquila A., Liserre M., Monopoli V.G. Active front end adjustable speed drives under grid voltage sags: effects and dynamical performance evaluation / // European Conference on Power Electronics and Applications. IEEE, 2005. Pp. 1-10. doi: 10.1109/EPE.2005.219589
17. Karshenas H.R., Kojori H.A., Dewan S.B. Generalized tech-niques of selective harmonic elimination and current control in current source inverters/converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 1995. No. 5(10). Pp. 566-573. doi: 10.1109/63.406844
18. Turnbull F.G. Selected harmonic reduction in static DC-AC inverters // IEEE Trans. Commun. Electron. 1964. No. 73(83). Pp. 374-378. doi: 10.1109/TCOME.1964.6541241
19. Jing T., Maklakov A., Radionov A. Two selective harmonic control techniques applied in 10 kV grid with three-level NPC inverter // IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI). IEEE, 2019. Pp. 75-79. doi: 10.1109/PEAMI.2019.8915413 20. Research on hybrid SHEPWM based on different switching patterns / T. Jing, A. Maklakov, A. Radionov, S. Baskov, A. Kulmukhametova // International Journal of Power Elec-tronics and Drive Systems. 2019. No. 10(4). Pp. 1875-1884. doi: 10.11591/ijpeds.v10.i4.pp1875-1884.
Усовершенствованный способ диагностики резонанс-ных явлений во внутризаводской сети 6-35 кВ за счет тестовых воздействий активных выпрямителей / Николаев А.А., Буланов М.В., Ивекеев В.С., Тулупов П.Г. // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 3(60). С. 42-51. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-3(60)-42-51