Аннотация
В современных энергосистемах все чаще используется сочетание переменного и постоянного тока для генерации, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Для преобразования видов тока используются различные устройства, такие как выпрямители, инверторы и другие преобразователи. Указанные устройства вносят гармоническое загрязнение в энергосистему из-за нелинейности своих характеристик и явления гармонического резонанса. Они оказывают отрицательное влияние не только на динамические характеристики энергосистемы, но и на ухудшение эксплуатационных характеристик электрооборудования. Для устранения указанных проблем и для улучшения показателей качества электроэнергии предлагается использование индукционной фильтрации на основе индукционных фильтрующих трансформаторов. В данной статье проанализированы основные принципы технологии индуктивной фильтрации. Рассмотрена структура распределительного трансформатора индуктивной фильтрации. Предложена схема включения распределительного трансформатора индуктивной фильтрации в распределительную сеть, а также определены параметры трансформатора и системы фильтрации. Посредством создания математической и схемотехнической моделей трансформатора индуктивного фильтра проанализирован принцип подавления гармоник. Показано, что в сочетании с силовыми электронными устройствами предложенное устройство эффективно реализует двустороннее управление качеством электроэнергии как в энергосистеме, так и у конечных потребителей. Отмечается, что происходит повышение эффективности работы преобразователя. Рассмотренные теоретические и практические методы анализа предложенного устройства раскрыли электромагнитный потенциал силовых трансформаторов.
Ключевые слова
энергосистема, гармоника, резонанс, индукционная фильтрация, трансформатор, качество электроэнергии, подавление гармоник, электромагнитная обстановка, система фильтрации, математическая модель
1. Ван Юци. Исследование нескольких ключевых проблем распределительной сети постоянного тока: дис. ... канд. техн. наук / Ван Юци. Китай, Хунань, 2019. doi:10.27014/d.cnki.gdnau.2019.003871
2. Siebert A., Troedson A., Ebner S. AC to DC power conversion now and in the future // IEEE Transactions on Industry Applications. 2002. Vol. 38(4). Pp. 934-940. doi: 10.1109/TIA.2002.800570
3. IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power System Analysis. IEEE Standard 399-1997. 1998. Pp. 265-312. doi: 10.1109/IEEESTD.1998.88568
4. Лю Цяньи. Исследование теории и применения фильтрации с регулированием мощности по индукции: дис. ... канд. техн. наук. Китай, Хунань, 2020. doi: 10.27135/d.cnki.ghudu.2020.002291
5. State Standard GB/T 14549-1993. National Standart of the People's Republic of China. Harmonics of Electric Energy Quality in Public Power Grids Beijing: China Standard Press, 1993.
6. Tianyu Ding, Wilsun Xu. A Filtering Scheme to Reduce the Penetration of Harmonics into Transmission Systems // IEEE Transactions on Power Delivery. 2016. Vol. 31(1). Pp. 59-66. doi:10.1109/TPWRD.2015.2394357
7. Design and Performance of a Transformerless Shunt Hybrid Filter Integrated into a Three-phase Diode Rectifier / W. Tangtheerajaroonwong, T. Hatada, K. Wada, H. Akagi // IEEE Transactions on Power Electronics. 2007. Vol. 22(5). Pp. 1882-1889. doi: 10.1109/TPEL.2007.904166
8. System-wide Harmonic Mitigation in a Diesel-electric Ship by Model Predictive Control / E. Skjong, J.A. Suul, A. Rygg, T.A. Johansen, M. Molinas // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2016. Vol. 63(7). Pp. 4008-4019. doi: 10.1109/TIE.2016.2532845
9. Hamadi A., Rahmani S., Al-Haddad K. Digital control of a shunt hybrid power filter adopting a nonlinear control approach // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2013. Vol. 9(4). Pp. 2092-2104. doi:10.1109/TII.2013.2245139
10. Reactive Power Compensation and Negative-Sequence Current Suppression System for Electrical Railways With YNvd-Connected Balance Transformer – Part II: Implementation and Verification / B. Xie, Z. Zhang, Y. Li, S. Hu, L. Luo, C. Rehtanz, O. Krause // IEEE Transactions on Power Electronics. 2017. Vol. 32(12). Pp. 9031-9042. doi: 10.1109/TPEL.2017.2662379
11. Chen Y., Fei J. Dynamic Sliding Mode Control of Active Power Filter With Integral Switching Gain // IEEE Access. 2019. Vol. 7. Pp. 21635-21644. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2895821.
12. Li Zhanming, Ren Zhen, Yang Zemin. Summary of research on devices with active filters and their application // Technology of electric grid economy. 2004. Vol. 22. Pp. 40-43. doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2004.22.009.
13. Fujita H., Yamasaki T., Akagi H. A hybrid active filter for damping of harmonic resonance in industrial power systems // IEEE Transactions on Power Electronics. 2000. Vol. 15(2). Pp. 215-222. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2895821
14. Zhang Zhiwen, Xiong Zhiyao, Liu Fusheng. Equivalent circuit of a multifunctional balancing transformer // Journal of Electrotechnical Technologies. 2002. Vol. 17(1). Pp. 28-30. doi:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.2002.01.006
15. Ли Дж.Ю. Исследование рабочих характеристик и электромагнитных характеристик интегрированных многообмоточных преобразовательных трансформаторов с индукционным фильтром: дис. ... канд. техн. наук / Ли Дж.Ю. Китай, Хунань, 2017. URL: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbname=CDFDLAST2017&fil-name=1017018059.nh (дата обращения 21.11.2020)
16. Sun Xudong, Wang Zhengming. Electrical engineering. Beijing: Tsinghua University Press. 2006. 100 p.
17. Гу Сютянь. Метод расчета индуктивности распределительного трансформатора с интегрированной фильтрующей обмоткой и анализ электромагнитных характеристик: дис. ... канд. техн. наук. Китай, Хунань, 2019. URL: https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbname=CMFD201901&filename=1018100773.nh
18. Optimal planning of large passive-harmonic-filters set at high voltage level / Chou Chih-Ju, Lio Chih-Wen, Lee June-Yawn, Lee Kune-Da // IEEE Transactions on Power Systems. 2000. Vol. 15 (1). Pp. 433-441. doi: 10.1109/59.852156
19. Zeng Xiangjun, Chen Bo, Tang Xin. Research on power filter with three settings // Chinese Journal of Electrical Engineering. 2007. Vol. 27(19). Pp. 104-109. doi:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2007.19.013
20. Multi-tuned Passive Filters with Less Power Loss / Yao Xiao, Chun Shang, Zhibo Lin, Zeming Ang, Qian Zhu // Automation of Electric Power Systems. 2006. Vol. 30(19). Pp. 69-72
Чжан С., Кокин С.Е., Шелюг С.Н. Проектирование трансформатора с фильтрацией и компенсацией мощности // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 1(62). С. 19-25. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-1(62)-19-25