RU2749523C1 - Способ адаптивной компенсации высших гармоник в электрической сети переменного напряжения - Google Patents
Способ адаптивной компенсации высших гармоник в электрической сети переменного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749523C1 RU2749523C1 RU2020141930A RU2020141930A RU2749523C1 RU 2749523 C1 RU2749523 C1 RU 2749523C1 RU 2020141930 A RU2020141930 A RU 2020141930A RU 2020141930 A RU2020141930 A RU 2020141930A RU 2749523 C1 RU2749523 C1 RU 2749523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- active filter
- harmonic
- higher harmonics
- instantaneous
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from AC input or output
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для компенсации высших гармоник сетевого напряжения с помощью активного фильтра, подсоединенного к шинам низкого напряжения электрической подстанции, питающей мощные нелинейные нагрузки (например, тяговые подстанции), которые искажают форму сетевого напряжения и, тем самым, снижают качество электроэнергии. Технический результат изобретения - повышение устойчивости работы подсоединенного к электрической сети активного фильтра компенсации высших гармоник и соответствующее повышение качества электроэнергии. Измеряют мгновенные значения напряжения сети, тока активного фильтра и тока в контролируемом присоединении. Выделяют высшие гармоники измеренных токов. Вычисляют вектор тока уставки в системе dq-координат для каждой выделенной гармоники. Преобразуют вычисленные векторы в мгновенные значения тока. Формируют ток суммарной уставки активного фильтра. Формируют управляющие воздействия на активный фильтр, основанные на рассогласовании его тока и тока суммарной уставки. При этом вектор тока уставки каждой гармоники перед преобразованием в мгновенные значения тока поворачивают на фазовый угол между производными векторов соответствующей гармоники измеренных токов. 2 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к электоэнергетике и может быть использовано для компенсации высших гармоник сетевого напряжения с помощью активного фильтра, подключенного к шинам низкого напряжения электрической подстанции, питающей мощные нелинейные нагрузки (например, тяговые подстанции), которые искажают форму сетевого напряжения и, тем самым, снижают качество электроэнергии.
Уровень техники
Известны способы компенсации высших гармоник тока в электрической сети переменного напряжения с помощью активного фильтра, подсоединенного к шинам низкого напряжения электрической подстанции, питающей искажающую нелинейную нагрузку, при которых управляющие воздействия на активный фильтр вырабатывают, используя измеренные мгновенные значения тока активного фильтра и одного из двух токов: либо тока iн нагрузки [1], либо суммарного тока (iн+iф) нагрузки и активного фильтра [2]. Из измеренных величин выделяют высшие гармоники, для компенсации которых формируют соответствующие управляющие воздействия на активный фильтр. В сетях сложной конфигурации гармоники суммарного тока, выделяют из тока, измеряемого в выбранном контролируемом присоединении, через которое протекает, по меньшей мере, часть указанного суммарного тока тока iн+iф. Применяемые в известных способах методы цифровой обработки измеренных мгновенных значений указанных токов для формирования управляющих воздействий на активный фильтр, компенсирующий гармоники, описаны, например, в [3] и [4].
Известный способ компенсации высших гармоник, рассматриваемый в качестве прототипа, включает измерение мгновенных значений напряжения сети, тока активного фильтра и тока в контролируемом присоединении, выделение высших гармоник измеренных токов, вычисление вектора уставки в системе dq-координат для каждой выделенной гармоники, преобразование вычисленных векторов в мгновенные значения тока, формирование тока суммарной уставки активного фильтра и формирование управляющих воздействий на активный фильтр, основанных на рассогласовании его тока и тока суммарной уставки [4].
Как показано в [5], недостатком прототипа является возможность неустойчивого режима регулирования активного фильтра в случае изменения конфигурации сети (например, с кольцевой на радиальную и обратно), сопровождающегося значительными изменениями фазового угла между напряжением сети и током в присоединении, контролируемом для компенсации высших гармоник.
Задача изобретения - устранение вышеуказанного недостатка.
Сущность изобретения
Технический результат изобретения - повышение устойчивости работы подсоединенного к электрической сети активного фильтра компенсации высших гармоник и соответствующее повышение качества электроэнергии.
Предметом изобретения является способ компенсации высших гармоник в электрической сети переменного напряжения с помощью подсоединенного к сети активного фильтра, включающий измерение мгновенных значений напряжения сети, тока активного фильтра и тока в контролируемом присоединении, выделение высших гармоник измеренных токов, вычисление вектора тока уставки в системе dq-координат для каждой выделенной гармоники, преобразование вычисленных векторов в мгновенные значения тока, формирование тока суммарной уставки активного фильтра и формирование управляющих воздействий на активный фильтр, основанных на рассогласовании его тока и тока суммарной уставки, отличающийся тем, что вектор тока уставки каждой гармоники перед преобразованием в мгновенные значения тока поворачивают на фазовый угол между производными векторов соответствующей гармоники измеренных токов.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 приведена функциональная схема, иллюстрирующая осуществление предлагаемого способа.
Фиг. 2 иллюстрирует пример подключения к электрической сети активного фильтра, компенсирующего высшие гармоники в соответствии с заявляемым способом.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показаны:
1 - силовая часть активного фильтра, представляющая собой преобразователь напряжения, работающий в режиме управляемого источника тока;
2 - программируемая система управления активным фильтром, на вход которой поступают мгновенные значения измеряемых величин: сетевого напряжения uc, тока активного фильтра iф и тока контролируемого присоединения iΣ, через которое протекает, по меньшей мере, часть суммарного тока нагрузки и активного фильтра,
В составе программируемой системы 2 условно показаны следующие функциональные блоки:
3 - блок фазовой автоподстройки частоты, определяющий опорное значение фазы ψ сетевого напряжения uc;
4, 5 - блоки выделения k-ой гармоники из мгновенных значений токов iф, iΣ, и преобразования выделенной гармоники в соответствующие векторные значения Iф и IΣ в системе dq-координат, вращающейся на комплексной плоскости в k раз быстрее 1-ой гармоники сетевого напряжения (прямое преобразование Парка);
6 - блок, вычисляющий производные векторов Iф и IΣ по времени и определяющий фазовый угол ϕ между вычисленными производными;
7 - блок вычисления вектора тока уставки Iy(ϕ), зависящего от угла ϕ;
8 - блок преобразования вектора Iy(ϕ) в мгновенные значения тока iy, выполняющий обратное преобразование Парка;
9 - блок получения тока суммарной уставки активного фильтра по компенсируемым гармоникам и формирования управляющих воздействий на силовую часть 1 активного фильтра.
Обозначения iΣ и IΣ, приведенные выше, относятся к высшим гармоникам, выделенным как из суммарного тока искажающей нагрузки и активного фильтра, так и из части этого тока, протекающей в контролируемом присоединении.
Функциональные блоки 4-8, показанные на фиг. 1 в составе системы 2, иллюстрируют процесс выделения и цифровой обработки k-ой высшей гармоники (где k - нечетное целое), выполняемый программируемой системой 2 в соответствии с заявляемым способом на основе измерения мгновенных значений токов iф, iΣ,. и сетевого напряжения uc. Другие высшие гармоники измеряемых величин, контролируемые при осуществлении способа, обрабатываются аналогично. Количество контролируемых высших гармоник определяют, исходя из возможностей используемых средств цифровой обработки и технической целесообразности. Обычно достаточно контролировать 5-10 высших гармоник.
На фиг. 2 дополнительно обозначено:
10 - шины 220 кВ, 11 - силовой автотрансформатор, 12 - шины 110 кВ, 13 - искажающая нагрузка, например, тяговая подстанция, 14 - шины 10 кВ, 15 - измерительные трансформаторы тока, 16 - датчик тока фильтра, 17 -измерительный трансформатор напряжения.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом (фиг. 1).
Измеренные мгновенные значения напряжения сети uc, тока iф и тока iΣ поступают на соответствующие входы системы 2. Блоки 4 и 5 обрабатывают измеренные мгновенные значения токов для выделения из них высших гармоник. Кроме того, блоки 4 и 5, используя полученное в блоке 3 значение фазы ψ, выполняют прямое преобразование Парка, формируя «d» и «q»-компоненты векторных значений токов Iф и IΣ.
В блоке 6, рассчитывают производные векторов Iф и IΣ по времени и фазовый угол ϕ между ними.
В блоке 7 вычисляют в системе координат Парка вектор тока уставки, пропорциональной интегралу по времени от вектора тока IΣ, а затем поворачивают вычисленный вектор на угол ϕ, в соответствии с выражением:
где А-1 (ϕ, k) - матрица поворота вектора на угол ϕ, Ти - постоянная времени интегрального регулятора, используемого в блоке 9 для формирования управляющих воздействий, k - номер гармоники.
Полученный в блоке 7 адаптивный вектор тока уставки Iy(ϕ), подвергается в блоке 8 обратному преобразованию Парка с использованием значения фазы ψ.
Блок 9 выполняет суммирование тока уставки iy, полученного в блоке 8, с токами уставок других выделенных гармоник, полученными в результате аналогичной цифровой обработки, и формирует известным методом [4] управляющие воздействия на силовую часть 1 активного фильтра на основе рассогласования тока Iф и тока суммарной уставки.
Предлагаемый способ обладает способностью адаптации и, следовательно, повышенной устойчивостью к изменениям конфигурации электрической сети, благодаря тому, что вектор тока уставки каждой гармоники перед преобразованием в мгновенные значения тока (обратное преобразование Парка) поворачивают на фазовый угол ϕ между производными векторов Iф и IΣ соответствующей гармоники измеренных токов.
Эффективность описанного способа в отношении компенсации высших гармоник и в отношении обеспечения устойчивой работы при изменениях конфигурации электрической сети (в том числе с переходами от кольцевой конфигурации сети к радиальной и обратно) подтверждена расчетами и экспериментами на математических моделях [5].
Источники информации
1. Патент РФ №2619919, опубл. 19.05.2017.
2. Патент РФ №2446536, опубл. 27.03.2012.
3. Yousefi, S. Harmonic Elimination of 25 kV AC Electric Railways Utilizing a New Hybrid Filter Structure [Text] / S. Yousefi, M. M. Hosseini Biyouki, A. Zaboli et al. // AUT Journal of Electrical Engineering 2017. - vol. 49. - issue 2. -pp. 3-10. - (DOI: 10.22060/eej.2016.811).
4. Akagi, H. Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning / H. Akagi, E. H. Watanabe, et al. // Wiley-IEEE Press. - 1st edition. - March 9, 2007. - 379 p.
5. H.A. Алексеев, A.M. Матинян, A.H. Киселев. Особенности работы поперечно-подключаемого высоковольтного активного фильтра в электрической сети высокого напряжения // Электрические станции. - 2020. - №8. - с. 24-32. - (DOI: 10.34831/ЕР.2020.1069.8.005).
Claims (1)
- Способ компенсации высших гармоник в электрической сети переменного напряжения с помощью подсоединенного к сети активного фильтра, включающий измерение мгновенных значений напряжения сети, тока активного фильтра и тока в контролируемом присоединении, выделение высших гармоник измеренных токов, вычисление вектора тока уставки в системе dq-координат для каждой выделенной гармоники, преобразование вычисленных векторов в мгновенные значения тока, формирование тока суммарной уставки активного фильтра и формирование управляющих воздействий на активный фильтр, основанных на рассогласовании его тока и тока суммарной уставки, отличающийся тем, что вектор тока уставки каждой гармоники перед преобразованием в мгновенные значения тока поворачивают на фазовый угол между производными векторов соответствующей гармоники измеренных токов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141930A RU2749523C1 (ru) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | Способ адаптивной компенсации высших гармоник в электрической сети переменного напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141930A RU2749523C1 (ru) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | Способ адаптивной компенсации высших гармоник в электрической сети переменного напряжения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2749523C1 true RU2749523C1 (ru) | 2021-06-11 |
Family
ID=76377542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020141930A RU2749523C1 (ru) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | Способ адаптивной компенсации высших гармоник в электрической сети переменного напряжения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2749523C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5977660A (en) * | 1996-08-09 | 1999-11-02 | Mesta Electronics, Inc. | Active harmonic filter and power factor corrector |
| RU2446536C1 (ru) * | 2010-11-30 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети |
| RU2514439C2 (ru) * | 2012-08-07 | 2014-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока |
| RU2619919C1 (ru) * | 2016-06-15 | 2017-05-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока |
-
2020
- 2020-12-18 RU RU2020141930A patent/RU2749523C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5977660A (en) * | 1996-08-09 | 1999-11-02 | Mesta Electronics, Inc. | Active harmonic filter and power factor corrector |
| RU2446536C1 (ru) * | 2010-11-30 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети |
| RU2514439C2 (ru) * | 2012-08-07 | 2014-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока |
| RU2619919C1 (ru) * | 2016-06-15 | 2017-05-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2015166613A1 (ja) | 単相系統に接続される電力変換装置 | |
| Morati et al. | Industrial 100-MVA EAF voltage flicker mitigation using VSC-based STATCOM with improved performance | |
| CN110649632B (zh) | 一种高强励倍数磁控高压并联电抗器的控制方法和装置 | |
| Kim et al. | Improvement of grid-connected inverter systems with PR controllers under the unbalanced and distorted grid voltage | |
| RU2749523C1 (ru) | Способ адаптивной компенсации высших гармоник в электрической сети переменного напряжения | |
| Orts-Grau et al. | Selective shunt active power compensator applied in four-wire electrical systems based on IEEE Std. 1459 | |
| Ouyang et al. | Short-circuit current of doubly fed induction generator under partial and asymmetrical voltage drop | |
| CN112510749A (zh) | 微网孤岛模式下具有网络自适应能力的下垂控制方法 | |
| Daniel et al. | Selective harmonic elimination using shunt hybrid active power filters operating at different switching frequencies | |
| Choi et al. | A control method of reduced reactive power ripple in grid-connected converters under unbalanced grid conditions | |
| EP3200301B1 (en) | Resonance suppression device and resonance suppression method | |
| Guohong et al. | Analysis and design of an active power filter for three-phase balanced electrified railway power supply system | |
| Chelli et al. | A terminal voltage source converter control connected to an unbalanced grid | |
| Sarali et al. | Dynamic voltage restorer for power quality improvement based on non-traditional optimization | |
| CN109039097B (zh) | 变频控制方法、装置、岸电系统和存储介质 | |
| Kaur et al. | Analysis of Designed Power System with Power Quality Improvement by Using UPQC | |
| Kim et al. | Characteristic analysis of three-phase four-leg inverter based load unbalance compensator for stand-alone microgrid | |
| CN112421583A (zh) | 一种基于两阶段故障调节和叠加分量的微电网保护方法 | |
| Win et al. | Reactive power control strategy based on DC capacitor voltage control for active load balancer in three-phase four-wire distribution systems | |
| Nikolaev et al. | Sustainability of High-Power Frequency Converters with Active Rectifiers Connected in Parallel with “EAF-SVC” Complex | |
| Thau et al. | EMT implementation and validation of MPC for VSC-HVDC embedded in AC meshed grid | |
| Gavrituhin et al. | Algorithm for Designing a Second-order Multiband Crossover Filter in Control Systems of Frequency Converters | |
| Aijaz et al. | Performance Improvement in Fuzzy Logic Controller based Grid-connected Solar Photovoltaic System with Fractional Order Notch Filter | |
| Soliman et al. | Power systems fault type identification based on Park's transformation algorithm | |
| Pura et al. | Direct torque control of a doubly-fed induction generator connected to unbalanced Grid |