УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
Directions of improvement of controlled filter-compensator gear for the autonomous electric power system with semiconductor converters, which contains resonant LC-filter and reactor compensator with pulse-wide modulation are considered. The terms of concordance of frequency characteristics of electr...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/847 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |
|
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870202558014816256 |
|---|---|
| author | Жук, А.К. Жук, Д.А. Криворучко, Д.В. Степенко, С.А. |
| author_facet | Жук, А.К. Жук, Д.А. Криворучко, Д.В. Степенко, С.А. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "А.К. Жук",
"institution": "ациональный университет кораблестроения имени адмирала Макарова, пр. Героев Сталинграда, 9, Николаев, 54025, Украина"
},
{
"author": "Д.А. Жук",
"institution": "Національний університет кораблебудування ім. адм. С.І. Макарова, пр. Героїв Сталінграду, 9, Миколаїв, 54025, Україна"
},
{
"author": "Д.В. Криворучко",
"institution": "Національний університет кораблебудування ім. адм. С.І. Макарова, пр. Героїв Сталінграду, 9, Миколаїв, 54025, Україна"
},
{
"author": "С.А. Степенко",
"institution": "ерниговский национальный технологический университет, ул. Шевченко, 95, Чернигов, 14027, Украина"
}
] |
| author_sort | Жук, А.К. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-12-24T16:12:29Z |
| description | Directions of improvement of controlled filter-compensator gear for the autonomous electric power system with semiconductor converters, which contains resonant LC-filter and reactor compensator with pulse-wide modulation are considered. The terms of concordance of frequency characteristics of electric power system with spectrums of harmonics, which are generated in to the network by semiconductor converters and reactor compensator were established. Possibility and expedience of EMI filter application for reactor compensator as a part of controlled filter-compensator gear were shown. References 3, figures 4. |
| doi_str_mv | 10.15407/techned2016.04.032 |
| first_indexed | 2026-06-16T01:13:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
32 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 4
ПЕРЕТВОРЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ
УДК 621.314
УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
А.К. Жук1, канд.техн.наук, Д.А.Жук1, канд.техн.наук, Д.В.Криворучко1, С.А.Степенко2*, канд.техн.наук
1 – Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова,
пр. Героев Сталинграда, 9, Николаев, 54025, Украина. e-mail: vicedirector2012@gmail.com
2 – Черниговский национальный технологический университет,
ул. Шевченко, 95, Чернигов, 14027, Украина. e-mail: serhii.stepenko.ua@ieee.org
Рассмотрены направления усовершенствования, предназначенного для автономной электроэнергетической
системы (ЭЭС) с полупроводниковыми преобразователями (ПП) управляемого фильтрокомпенсирующего уст-
ройства (УФКУ), содержащего резонансный LC-фильтр (РФ) и реакторный компенсатор (РК) с широтно-им-
пульсным регулированием. Установлены условия согласования частотных характеристик ЭЭС со спектрами
гармоник, генерируемых в питающую сеть как ПП, так и РК. Показана возможность и целесообразность при-
менения в качестве помехозащитного фильтра для РК основного РФ в составе УФКУ. Библ. 3, рис. 4.
Ключевые слова: управляемое фильтрокомпенсирующее устройство, коэффициент несинусоидальности.
Введение. Проблема обеспечения качества электроэнергии (КЭ) и электромагнитной совместимости
(ЭМС) в автономных электроэнергетических системах (ЭЭС) современных морских судов и платформ является
весьма актуальной в связи с применением мощных полупроводниковых преобразователей (ПП) в составе греб-
ных электроустановок, подруливающих устройств, различных технологических электроприводов. Разработка
эффективных системных управляемых фильтрокомпенсирующих устройств (УФКУ) для автономных (судовых)
ЭЭС с ПП связана с выполнением специфических, зачастую противоречивых, требований: точность компенса-
ции реактивной мощности в статике и динамике, высокое быстродействие, эффективное снижение высших
гармоник в широком диапазоне частот для ограничения коэффициентов несинусоидальности напряжения сети
USK и потребляемого тока ISK , минимальное количество настраиваемых цепей. Задача осложняется тем, что
современные активные или гибридные управляемые УФКУ сами являются источниками высших гармоник
ввиду наличия в их составе полупроводниковых ключей [1,3].
Целью работы является обеспечение КЭ и условий ЭМС путем усовершенствования структуры и
принципов управления УФКУ, а также согласования частотных характеристик системы со спектрами гармоник,
генерируемых как ПП, так и УФКУ.
Обобщенная схема автономной ЭЭС с ПП и УФКУ
показана на рис. 1, а. Генератор (питающая сеть) представлен
синусоидальной ЭДС Se с амплитудой mE и сопротивлением
SX , трансформатор или входной реактор ПП – сопротивлени-
ем ПX . В состав УФКУ входят резонансный LC -фильтр (РФ)
( 0CX , 0LX ) и регулируемый реакторный компенсатор (РК)
( РКЭX ). Порядок частоты настройки РФ выбирается из усло-
вия 1рXX 0L0C0РФ −==ν , где р – пульсность ПП. Спо-
собствуя снижению высших гармоник тока сети в широ-ком
диапазоне частот, РФ является одновременно генератором
реактивной мощности на основной гармонике
2
РФ Ф C0 Р0Q 3U (X X )= − , где 2EU mФ ≈ . РК потребляет
реактивную мощность РКЭ
2
ФРК XU3Q = . Широко использу-
ется схема УФКУ1 (рис. 1, б) с фазовым регулированием РК.
Основными ее недостатками являются генерация в питающую
сеть низкочастотных гармоник, а также существенная времен-
ная задержка регулирования, составляющая половину периода
сети. Указанных недостатков лишено быстродействующее
УФКУ2 (рис. 1, в), содержащее быстродействующий РК с ши-
ротно-импульсным регулированием (ШИР) посредством про-
© Жук А.К., Жук Д.А., Криворучко Д.В., Степенко С.А., 2016
*ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-7702-6776
а б
в г
Рис. 1
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 4 33
тивофазных ключей S1,S2. Основные структуры трехфазного широтно-импульсного преобразователя (ШИП) РК
на основе полупроводниковых ключей переменного тока показаны на рис. 2, а, б.
В схеме (рис. 2, б) вместо К3 и К4 может быть использован трех-
фазный диодный мост, замыкаемый общим ключом постоянного тока. Экви-
валентное сопротивление фазы РК 2
LКЭРКЭ XX γ= , где γ – скважность
ШИР. Для исключения постоянных составляющих в токах РК частота комму-
тации ключей ШИП kf6fК = , где f – частота сети, k=1,2,3… . Для защиты
сети от ВЧ помех, создаваемых ШИП РК, в УФКУ2 использован Г-образный
помехозащитный фильтр (ПЗФ) с резонансным порядком 0 СФ LФX XПФν = .
Основные параметры УФКУ ( С0X , L0X , LКX ) определяются из соот-
ношения ППmaxРКmaxРФ QQQ == , где РКmaxQ , ППmaxQ – максимальные реак-
тивные мощности РК и ПП. Значение USK находится в соответствии с [2].
Частотная характеристика эквивалентного реактивного сопротивления сис-
темы с УФКУ2, приведенного ко входу ПП, имеет вид
Для исключения резонансного повышения гармоник в системе долж-
но выполняться следующее условие согласования νЭПX с их спектрами:
где 1μ и 2μ – порядки частот полюсов характеристики, minПν , minKν – наи-
меньшие порядки гармоник, генерируемых соответственно ПП и РК
( 1-pminП =ν , min Кn -1Kν = , где ffn KК = ). На основании (2) легко уста-
новить, что 0РФ1 νμ < , а 0ПФ20РФ νμν << . Следовательно, для УФКУ2 усло-
вие (3) нарушается и применение этой схемы нецелесообразно ввиду возмож-
ного резонансного повышения гармоник, генерируемых ПП. Указанного не-
достатка лишена предлагаемая усовершенствованная схема УФКУ3, в которой РФ одновременно выполняет
роль и Г-образного ПЗФ по отношению к РК. Частотная характеристика системы с УФКУ3 определяется выра-
жением
1 1 1 1 1
S L0 РКЭ C0(( X ) ( X (( X ) X ) ) )ЭПX − − − − −
ν = ν + ν − ν − ν . (4)
а б
Рис. 2
а
б
Рис. 3
1 1
S L0 C0
1 1 1 1
LФ РКЭ СФ
(( X ) ( X X )
( X (( X ) X ) ) ) .
ЭПX − −
ν
− − − −
= ν + ν − ν +
+ ν + ν − ν
(2)
)&()&( minkminn21 ννμμ < , (3)
а
б
в
Рис. 4
34 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 4
Для системы с УФКУ3 эта характеристика имеет единственный полюс 1 0РФμ < ν = 0ПФν =
min minП Kν ν= < , т.е. условие (3) всегда выполняется. Сравнительный анализ частотных характеристик и
гармонических искажений напряжений и токов для автономной ЭЭС с ПП выполнялся по результатам
аналитических расчетов и моделирования в MATLAB (Simulink) для различных вариантов УФКУ. В качестве
исходных приняты следующие параметры: 220UФ = В, 02,0XS = Ом, 01,0XП = Ом, 6р = , o30НОМ =α ,
1400IdНОМ = А const= при 0...90α = o , 227,0X 0C = Ом, 3
0P 1007,9X −⋅= Ом, 218,0X LK = Ом, 19800f K = Гц,
7,15X CФ = Ом, 011,0X ФL = Ом. Расчетные частотные характеристики коэффициента снижения гармоник тока
ПП νννν ν ЭПSSПIП XXIIК == для системы с УФКУ2 и УФКУ3 показаны на рис. 3, а, б соответственно.
Временные графики напряжения и тока генератора (сети) и соответствующие спектры для различных вариан-
тов УФКУ, полученные в результате моделирования, представлены на рис. 4, а, б, в.
Выводы. Представленные результаты подтверждают справедливость полученных условий согласования
частотных характеристик системы со спектрами гармоник ПП и РК, а также свидетельствуют о возможности и
целесообразности применения в качестве помехозащитного фильтра для РК основного РФ в составе УФКУ.
1. Жаркін А.Ф., Новський В.О., Малахатка Д.О. Гібридні фільтрокомпенсуючі перетворювачі для три-
фазних систем з нелінійними та змінними навантаженнями // Техн. електродинаміка. − 2015. − № 4. − С. 48-52 .
2. Жук А.К. Анализ влияния сетевых фильтров на несинусоидальность напряжения в автономных элек-
троэнергетических системах с тиристорными преобразователями // Техн. електродинаміка. Темат. вип. Силова
електроніка та енергоефективність. – 2004. – Ч. 2. – С. 93-98.
3. Михальський В.М., Соболєв В.М., Чопик В.В., Шаповал І.А. Стратегія мінімізації небажаних складо-
вих миттєвої потужності із застосуванням різних топологій паралельних активних фільтрів // Техн. електро-
динаміка. – 2014. – № 1. – С. 41-50.
УДК 621.314
КЕРОВАНИЙ ФІЛЬТРОКОМПЕНСУЮЧИЙ ПРИСТРІЙ ДЛЯ АВТОНОМНОЇ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНОЇ
СИСТЕМИ З ПОТУЖНИМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ
О.К. Жук1, канд.техн.наук, Д.О.Жук1, канд.техн.наук, Д.В.Криворучко1, С.А.Степенко2, канд.техн.наук
1 – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова,
пр. Героїв Сталінграду, 9, Миколаїв, 54025, Україна. e-mail: vicedirector2012@gmail.com
2 – Чернігівський національний технологічний університет,
вул. Шевченка, 95, Чернігів, 14027, Україна. e-mail: serhii.stepenko.ua@ieee.org
Розглянуто напрями удосконалення призначеного для автономної електроенергетичної системи (ЕЕС) з напівпровідни-
ковими перетворювачами (НП) керованого фільтрокомпенсуючого пристрою (КФКП), який містить резонансний LC-
фільтр (РФ) та реакторний компенсатор з широтно-імпульсним регулюванням. Установлено умови узгодження частот-
них характеристик ЕЕС зі спектрами гармонік, що генеруються в мережу живлення як НП, так і РК. Показано можли-
вість та доцільність використання як перешкодозахисного фільтра для РК основного РФ у складі КФКП. Бібл. 3, рис. 4.
Ключові слова: керований фільтрокомпенсуючий пристрій, коефіцієнт несинусоїдальності.
CONTROLLED FILTER-COMPENSATING GEAR FOR THE AUTONOMOUS ELECTRIC POWER SYSTEM
WITH HIGH-POWER CONVERTERS
A.K.Zhuk1, D.A.Zhuk1, D.V.Krivoruchko1, S.А.Stepenko2
1 – National University of Shipbuilding n.a. admiral Makarov,
Stalingrada av., 9, Nikolaev, 54025, Ukraine. e-mail: vicedirector2012@gmail.com
2 – Chernigov National Technological University,
Shevchenko str., 95, Chernigov, 14027, Ukraine. e-mail: serhii.stepenko.ua@ieee.org
Directions of improvement of controlled filter-compensator gear for the autonomous electric power system with semiconductor
converters, which contains resonant LC-filter and reactor compensator with pulse-wide modulation are considered. The terms of
concordance of frequency characteristics of electric power system with spectrums of harmonics, which are generated in to the
network by semiconductor converters and reactor compensator were established. Possibility and expedience of EMI filter
application for reactor compensator as a part of controlled filter-compensator gear were shown. References 3, figures 4.
Keywords: controlled filter-compensator gear, total harmonic distortion.
1. Zharkin A.F., Novskiy V.O., Malakhatka D.O. Hybrid filter-compensating converters for the three-phase systems with nonlinear
and variable loads // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2015. – No 4. – Pp. 48-52. (Ukr)
2. Zhuk A.K. Investigation of network filters influence on total harmonic distortion in autonomous electric power systems with
thyristor converters // Tekhnichna Elektrodynamika. Spetsialnyi vypusk "Sylova Elektronika ta Enerhoefektyvnist". – 2004. – Part. 2
– Pp. 93-98. (Rus)
3. Mikhalskiy V.M., Sobolev V.M., Chopyk V.V., Shapoval I.A. The minimization strategy of undesirable instantaneous power
components with different topologies of shunt active filter // Tekhnichna Elektrodynamika.– 2014. – No 1. – Pp. 41-50. (Ukr)
Надійшла 14.01.2016
Остаточний варіант 12.05.2016
|
| id | techned_org_ua-article-847 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:13:00Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/fb/85fb26da9273c4fbaff3c37fcececdfb.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-8472022-12-24T16:12:29Z CONTROLLED FILTER-COMPENSATING GEAR FOR THE AUTONOMOUS ELECTRIC POWER SYSTEM WITH HIGH-POWER CONVERTERS УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ Жук, А.К. Жук, Д.А. Криворучко, Д.В. Степенко, С.А. controlled filter-compensator gear total harmonic distortion управляемое фильтрокомпенсирующее устройство коэффициент несинусоидальности Directions of improvement of controlled filter-compensator gear for the autonomous electric power system with semiconductor converters, which contains resonant LC-filter and reactor compensator with pulse-wide modulation are considered. The terms of concordance of frequency characteristics of electric power system with spectrums of harmonics, which are generated in to the network by semiconductor converters and reactor compensator were established. Possibility and expedience of EMI filter application for reactor compensator as a part of controlled filter-compensator gear were shown. References 3, figures 4. Рассмотрены направления усовершенствования, предназначенного для автономной электроэнергетической системы (ЭЭС) с полупроводниковыми преобразователями (ПП) управляемого фильтрокомпенсирующего устройства (УФКУ), содержащего резонансный LC-фильтр (РФ) и реакторный компенсатор (РК) с широтно-импульсным регулированием. Установлены условия согласования частотных характеристик ЭЭС со спектрами гармоник, генерируемых в питающую сеть как ПП, так и РК. Показана возможность и целесообразность применения в качестве помехозащитного фильтра для РК основного РФ в составе УФКУ. Библ. 3, рис. 4. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2016-06-21 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/847 10.15407/techned2016.04.032 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 4 (2016): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 032 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 4 (2016): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 032 2218-1903 1607-7970 10.15407/techned2016.04 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/847/725 Авторське право (c) 2022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | управляемое фильтрокомпенсирующее устройство коэффициент несинусоидальности Жук, А.К. Жук, Д.А. Криворучко, Д.В. Степенко, С.А. УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title | УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_alt | CONTROLLED FILTER-COMPENSATING GEAR FOR THE AUTONOMOUS ELECTRIC POWER SYSTEM WITH HIGH-POWER CONVERTERS |
| title_full | УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_fullStr | УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_full_unstemmed | УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_short | УПРАВЛЯЕМОЕ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С МОЩНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_sort | управляемое фильтрокомпенсирующее устройство для автономной электроэнергетической системы с мощными преобразователями |
| topic | управляемое фильтрокомпенсирующее устройство коэффициент несинусоидальности |
| topic_facet | controlled filter-compensator gear total harmonic distortion управляемое фильтрокомпенсирующее устройство коэффициент несинусоидальности |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/847 |
| work_keys_str_mv | AT žukak controlledfiltercompensatinggearfortheautonomouselectricpowersystemwithhighpowerconverters AT žukda controlledfiltercompensatinggearfortheautonomouselectricpowersystemwithhighpowerconverters AT krivoručkodv controlledfiltercompensatinggearfortheautonomouselectricpowersystemwithhighpowerconverters AT stepenkosa controlledfiltercompensatinggearfortheautonomouselectricpowersystemwithhighpowerconverters AT žukak upravlâemoefilʹtrokompensiruûŝeeustrojstvodlâavtonomnojélektroénergetičeskojsistemysmoŝnymipreobrazovatelâmi AT žukda upravlâemoefilʹtrokompensiruûŝeeustrojstvodlâavtonomnojélektroénergetičeskojsistemysmoŝnymipreobrazovatelâmi AT krivoručkodv upravlâemoefilʹtrokompensiruûŝeeustrojstvodlâavtonomnojélektroénergetičeskojsistemysmoŝnymipreobrazovatelâmi AT stepenkosa upravlâemoefilʹtrokompensiruûŝeeustrojstvodlâavtonomnojélektroénergetičeskojsistemysmoŝnymipreobrazovatelâmi |