Аннотация
Активное внедрение распределенной генерации и увеличение числа сетевых инверторов в системах электроснабжения в последние годы в совокупности с ростом вычислительных мощностей современной микропроцессорной техники открывает возможности к расширению функционала инверторов в части фильтрации высших гармоник для обеспечения электромагнитной совместимости энергосистемы. В статье рассмотрена система управления сетевого инвертора напряжения типа виртуальная синхронная машина с интегрированным алгоритмом активной фильтрации гармоник тока нелинейной нагрузки согласно d-q-теории. Разработанный алгоритм апробирован с помощью имитационного компьютерного моделирования в программном пакете Matlab/Simulink с использованием библиотеки компонентов Simscape. В рамках оценки эффективности разработанного алгоритма проведено сравнение гармонического состава напряжения и тока сети в варианте с полным отсутствием коррекции в случае применения классического параллельного активного фильтра и в случае использования разработанного алгоритма с генерацией электрической мощности в сеть и без нее. Отмечено положительное влияние разработанного алгоритма на гармонический состав напряжения и тока сети в узком диапазоне, обусловленном наличием выходных емкостей инвертора. Для работы алгоритма фильтрации гармоник используется незадействованная в данный момент мощность инвертора, поэтому эффективность фильтрации обратно пропорциональна генерируемой инвертором в сеть полезной электрической мощности. Учитывая довольно высокую стоимость комплекта активного фильтра, предложенный способ доработки инвертора может стать более предпочтительной альтернативой ввиду меньших капитальных затрат. Для реализации системы, помимо доработки программного обеспечения инвертора, потребуется добавление трех измерительных каналов фазного тока нагрузки.
Ключевые слова
активные фильтры, распределенная генерация, сетевые инверторы, виртуальная синхронная машина
1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совмести-мость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электро-снабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014. 19 с.
2. Воропай Н.И. Направления и проблемы трансформации электроэнергетических систем // Электричество. 2020. №7. С. 12–21. doi: 10.24160/0013-5380-2020-7-12-21
3. A study on optimal locations and sizes of active filters as an additional function of distributed generation systems / F. Yamamoto, A. Kitamura, N. Fujita, Y. Nakanishi, M. Na-gasawa // IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics. IEEE, 1999. Vol. 6. Pp. 515-520. doi: 10.1109/ICSMC.1999.816605
4. Bai H., Shang S. A research of combined multifunctional three phase grid-connected inverter/active power filter for PV system // The 2nd International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems. IEEE, 2010. Pp. 224-228. doi: 10.1109/PEDG.2010.5545852
5. Belenguer E., Beltran H., Aparicio N. Distributed generation power inverters as shunt active power filters for losses min-imization in the distribution network // European Conference on Power Electronics and Applications. IEEE, 2007. Pp. 1-10. doi: 10.1109/EPE.2007.4417552
6. A novel control algorithm for inverter-based distributed gen-eration in unbalanced three-phase power systems / S. Li, Y. Li, J. Sun, Q. Jin, X. Li // International Conference on Sustainable Power Generation and Supply. IEEE, 2009, Pp. 1-6. doi:10.1109/SUPERGEN.2009.5348276
7. Analysis of D-Q Small-Signal Impedance of Grid-Tied In-verters / B. Wen, D. Boroyevich, R. Burgos, P. Mattavelli, Z. Shen // IEEE Transactions on Power Electronics. 2016. Vol. 31. No. 1. Pp. 675-687. doi: 10.1109/TPEL.2015.2398192
8. Demirkov B., Zarkov Z. Study of Physical Model of WECS with Synchronous Generator and Back-to-back Converter // 16th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA). IEEE, 2019. Pp. 1-6. doi: 10.1109/ELMA.2019.8771656
9. Tielens P., Van Hertem D. The relevance of inertia in power systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 55. Pp. 999-1009. doi: 10.1016/j.rser.2015.11.016
10. Christensen P., Andersen G.K., Seidel M. High Penetration of Power Electronic Interfaced Power Sources and the Poten-tial Contribution of Grid Forming Converters. URL: https://strathprints.strath.ac.uk/72581/1/ENTSO_E_2020_High_Penetration_of_Power_Electronic_Interfaced_Power_Sources.pdf (дата обращения 18.08.2025)
11. Modeling and Initialization of a Virtual Synchronous Machine for Power System Fundamental Frequency Simulations / B. Barac, M. Krpan, T. Capuder, I. Kuzle // IEEE Access. 2021. Vol. 9. Pp. 160116-160134. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3130375
12. Akagi H., Watanabe E.H., Aredes M. Instantaneous power theory and applications to power conditioning. Wiley: IEEE Press, 2007. 379 p. URL: https://trinhquocnam.wordpress.com/wp-content/uploads/2013/10/ebooksclub-org__instantaneous_power_theory_and_applications_to_power_conditioning__ieee_press_series_on_power_engineering_.pdf (дата обращения 18.08.2025)
13. A novel control algorithm for static series compensators by use of PQR instantaneous power theory / S. Lee, H. Kim, S. Sul, F. Blaabjerg // IEEE Transactions on Power Electron-ics. 2004. Vol. 19. No. 3. Pp. 814-827. doi: 10.1109/TPEL.2004.826499
14. Soares V., Verdelho P., Marques G.D. Active power filter control circuit based on the instantaneous active and reactive current id-iq method // The 28 annual IEEE power electronics specialists conference. IEEE Press, 1997. Vol. 2. Pp. 1096-1101. doi: 10.1109/PESC.1997.616882
15. Peng F.Z., Ott G.W.Jr., Adams D.J. Harmonic and reactive power compensation based on the generalized instantaneous reactive power theory for three-phase four-wire systems // IEEE Transactions on Power Electronics. 1998. Vol. 13. No 6. Pp. 1174-1181. doi: 10.1109/63.728344
16. Fryze S. Wirk-, blind- und scheinleistung in elektrischen stromkreisen mit nicht-sinusformigem verlauf von strom und spannung // Elektrotechnische Zeitschrift. 1932. Vol. 53. No 25. Pp. 596-599.
17. Петров А.А. Методы и средства повышения качества электроэнергии в системе метрополитена: дис. ... канд. техн. наук. 05.09.03 / Петров Андрей Александрович. Новосибирск, 2019.
18. Duesterhoeft W.C., Schulz M.W., Clarke E. Determination of instantaneous currents and voltages by means of alpha, beta, and zero components // Transactions of the American Institute of Electrical Engineers. 1951. Vol. 70. No 2. Pp. 1248-1255. doi: 10.1109/T-AIEE.1951.5060554
19. Пустохин П.Ю., Зюзев А.М., Крюков О.В. Совершен-ствование системы управления сетевых инверторов в распределенных сетях электроснабжения газокомпрес-сорных станций // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2025. № 6 (336). С. 46-58. doi: 10.18799/24131830/2025/6/4336
20. Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов: учебное пособие для вузов. Ч. 1. Элек-троприводы постоянного тока с подчиненным регулиро-ванием координат. М.: Издательство УГППУ, 1997. 277 с.
21. Pustokhin P., Zyuzev A. The Use of Power Decoupling Method and Sliding Mode Current Controllers for Virtual Synchronous Machine // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). IEEE, 2024. Pp. 807-811. doi: 10.1109/UralCon62137.2024.10718934
22. Смит С. Цифровая обработка сигналов: практическое руководство для инженеров и научных работников. М.: ДМК Пресс, 2018. 720 c.
Пустохин П.Ю., Зюзев А.М., Костылев А.В. Обеспе-чение электромагнитной совместимости в сетях элек-троснабжения, оснащенных источниками распреде-ленной генерации с сетевыми инверторами // Элек-тротехнические системы и комплексы. 2025. № 3(68). С. 42-48. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-3(68)-42-48