Аннотация
Современные регулируемые электроприводы выполняются на базе преобразователей частоты с асинхронными или синхронными двигателями. Широкое внедрение на производстве получили преобразователи частоты с активными выпрямителями в составе электроприводов большой мощности с частыми динамическими режимами. Однако при их использовании, как правило, не уделяется должное внимание вопросу электромагнитной совместимости таких преобразователей с питающей сетью. Высокочастотные гармоники, генерируемые активными выпрямителями, в случае наложения на резонансную область частотной характеристики распределительной сети приводят к значительным по величине падениям напряжения на этих же частотах. В результате чего происходит ухудшение качества напряжения во внутризаводской сети 6-35 кВ и возникают проблемы с функционированием чувствительных электроприёмников. Научным коллективом авторов статьи был выполнен ряд исследований, направленных на обеспечение электромагнитной совместимости преобразователей частоты с активными выпрямителями. Разработаны и рассмотрены следующие технические решения: выбор оптимального алгоритма широтно-импульсной модуляции активного выпрямителя и его параметров; применение специальных фильтрокомпенсирующих устройств; применение усовершенствованных систем управления активного выпрямителя или усовершенствованных алгоритмов широтно-импульсной модуляции; изменение конфигурации системы электроснабжения. В данной статье приведён анализ эффективности указанных технических решений на основании полученных в условиях действующих производств данных. Сделаны выводы о целесообразности применения тех или иных технических решений в зависимости от открытости системы управления активного выпрямителя, параметров частотной характеристики сети, режимов работы электропривода и конфигурации системы электроснабжения.
Ключевые слова
преобразователь частоты, активный выпрямитель, система электроснабжения, широтно-импульсная модуляция, показатели качества электроэнергии, частотная характеристика, резонанс токов, система управления, фильтрокомпенсирующее устройство, специальный пассивный фильтр
1. O'Brien K., Teichmann R., Bernet S. Active rectifier for medium voltage drive systems // Sixteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). IEEE, 2001. Pp. 557-562. doi: 10.1109/APEC.2001.911701
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 (IJPEDS). 2017. No. 8(4). Pp. 1455-1466. doi: 10.11591/ijpeds.v8.i4.pp1455-1466
3. Маклаков А.С. Имитационное моделирование главного электропривода прокатной клети толстолистового стана 5000 // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. № 3. С. 16-25.
4. Retrofit of a hot rolling mill plant with three-level active front end drives / G.A. Orcajo, D.J. Rodriguez, M.J. Cano, G.J. Norniella, G.P. Ardura, T.R. Llera, R.D. Cifrian // IEEE Transactions on Industry Applications. 2018. No. 54(3). Pp. 2964-2974. doi: 10.1109/TIA.2018.2808159
5. 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). 2018. Pp. 115-119. doi: 10.1109/ICICCT.2018.8473042
6. Экспериментальные исследования электромагнитной совместимости современных электроприводов в системе электроснабжения металлургического предприятия / А.А. Николаев, Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин, Г.В. Никифоров, Муталлапова Ф.Ф. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. Т.14. №4. С. 96-105. doi:10.18503/1995-2732-2016-14-4-96-105
7. Providing Electromagnetic Compatibility of High-Power Frequency Converters with Active Rectifiers at Internal Power Supply System of Cherepovets Steel Mill / A.A. Nikolaev, 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
8. Экспериментальные исследования качества электроэнергии в сети 34,5 кВ металлургического завода ЗАО «MMK Metalurji» / А.А. Николаев, И.Г. Гилемов, С.А. Линьков, М.С. Светлаков // Электротехнические системы и комплексы. 2022. №3(56). С. 44-53. doi: 10.18503/2311-8318-2022-3(56)-44-53
9. Kornilov G.P., Khramshin T.R., Abdulveleev I.R. Increasing stability of electric drives of rolling mills with active front ends at voltage sag // International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS). 2019. Pp. 1-4, doi: 10.1109/ICOECS46375.2019.8949945
10. Resonances in a High-Power Active-Front-End Rectifier System / J. Pontt, G. Alzamora, R. Huerta, N. Becker // IEEE Trans. Ind. Electron. 2005. Рp. 482-488. doi: 10.1109/TIE.2005.843907
11. 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
12. Karshenas H.R., Kojori H.A., Dewan S.B. Generalized techniques of selective harmonic elimination and current control in current source inverters/converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 1995. Vol. 10. No. 5. Pp. 566-573. doi: 10.1109/63.406844
13. 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). IEEE, 2019. Pp. 75-79. doi: 10.1109/PEAMI.2019.8915413
14. Franquelo L.G., Nápoles J. A Flexible Selective Harmonic Mitigation Technique to Meet Grid Codes in Three-Level PWM Converters // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2007. Vol. 54. No. 6. doi: 10.1109/TIE.2007.907045
15. Обеспечение эффективного функционирования мощных промышленных электроприводов на базе преобразователей частоты с активными выпрямителями / Николаев А.А., Буланов М.В., Гилемов И.Г., Афанасьев М.Ю., Ивекеев В.С., Денисевич А.С. Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, 2022. 396 с.
16. Study of Conducted EMI Reduction for Three-Phase Active Front-End Rectifier / J. Dong, L. Rixin, W. Fei, L. Fang // IEEE Trans. Power Electron. 2011. Vol. 26. No. 12. Рp. 3823-3831. doi: 10.1109/TPEL.2010.2053219
17. Yuquan M., Lihong Z., Shufen H. Calculation of the Filter Parameters for the Aluminum Electrolyzation Rectifier // International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation. IEEE, 2010. Рp. 906-910. doi: 10.1109/ICICTA.2010.500
18. 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. No. 10(4). Pp. 1875-1884. doi: 10.11591/ijpeds.v10.i4.pp1875-1884
19. Dynamic and Steady State Response Analysis of Selective Harmonic Elimination in High Power Inverters / J. Cheng, T. Xu, D. Chen, G. Chen // IEEE Access. 2021. No. 9. Pp. 75588-75598. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3082770
20. Optimal selective harmonic control for power harmonics mitigation / K. Zhou, Y. Yang, F. Blaabjerg, D. Wang // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2015. Vol. 62. No. 2. Pp. 1220-1230. doi: 10.1109/TIE.2014.2336629
21. Wei L., Patel Y., Murthy C.S.N. Active front end rectifier design trade-off between PWM and direct power control method // Energy Conversion Congress and Exposition. IEEE, 2014. Pp. 1015-1021. doi: 10.1109/ECCE.2014.6953510
22. Гилемов И.Г. Повышение качества электроэнергии во внутризаводских распределительных сетях за счет усовершенствованных систем управления активных выпрямителей: дис. ... канд. техн. наук. 2.4.2 / Гилемов Ильдар Галиевич. Магнитогорск, 2023.
Экспериментальные исследования эффективности усовершенствованных способов обеспечения электромагнитной совместимости электроприводов с активными выпрямителями с внутризаводской сетью / А.А. Николаев, И.Г. Гилемов, М.В. Буланов, А.C. Маклаков // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 4(65). С. 69-77. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-4(65)-69-77