Чжан С., Кокин С.Е., Шелюг С.Н. Проектирование трансформатора с фильтрацией и компенсацией мощности

Аннотация

Полный текст статьи

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

Чжан Синьи – аспирант, кафедра автоматизированных электрических систем, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0009-0004-5353-5305

Кокин Сергей Евгеньевич – д-р техн. наук, профессор, кафедра автоматизированных электрических систем, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0000-0001-7493-172X

Шелюг Станислав Николаевич – д-р техн. наук, доцент, кафедра автоматизированных электрических систем, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

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

Подробности
Просмотров: 115