probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2020-22-6-3-15probener-1606Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGКоррекция коэффициента мощности в системах электроснабжения с многофазными нелинейными нагрузкамиPower factor correction in power delivery systems with mutipulse nonlinear loadsЕгоровД. Э.EgorovD. E.

Егоров Денис Эдуардович – канд. техн. наук, доцент

г. Красноярск

Denis E. Egorov

Krasnoyarsk

denis.egorov.90@br.ruДовгунВ. П.DovgunV. P.

Довгун Валерий Петрович – д-р техн. наук, профессор кафедры Систем автоматики, автоматизированного управления и проектирования

г. Красноярск

Valery P. Dovgun

Krasnoyarsk

vdovgun55@mail.ruБоярскаяН. П.BoyarskayaN. P.

Боярская Наталия Петровна – канд. техн. наук, доцент кафедры ТОЭ

г. Красноярск

Nataliya P. Boyarskaya

Krasnoyarsk

bnp2006dvg@mail.ruЯнА. В.JanA. V.

Ян Анастасия Владимировна – магистрант

г. Красноярск

Anastasiya V. Yan

Krasnoyarsk

anastasiya2591@bk.ruСлюсаревА. С.SlyusarevA. S.

Слюсарев Александр Сергеевич – магистрант

г. Красноярск

Aleksandr S. Slusarev

Krasnoyarsk

al_sl@list.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian FederationКрасноярский государственный аграрный университетРоссияКrasnoyarsk State Agricultural UniversityRussian Federation202025032021226315Copyright © Егоров Д.Э., Довгун В.П., Боярская Н.П., Ян А.В., Слюсарев А.С., 20212021Егоров Д.Э., Довгун В.П., Боярская Н.П., Ян А.В., Слюсарев А.С.Egorov D.E., Dovgun V.P., Boyarskaya N.P., Jan A.V., Slyusarev A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1606

ЦЕЛЬ. Многофазные (многопульсные) выпрямители являются одной из основных нелинейных нагрузок в системах электроснабжения промышленных предприятий. Преимуществом многофазных схем является меньший уровень низкочастотных гармоник тока на стороне переменного напряжения. В реальных условиях токи многофазных выпрямителей имеют широкий спектр, включающий как характеристические, так и нехарактеристические гармоники. Это отрицательно сказывается на качестве электроэнергии. МЕТОДЫ. Традиционным средством компенсации реактивной мощности в сетях промышленных потребителей являются конденсаторные установки. Однако включение конденсаторов приводит к образованию параллельных резонансных контуров с индуктивностью сети. Это может вызвать резонансное усиление отдельных гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье рассмотрены устройства параллельной емкостной компенсации для систем электроснабжения, питающих многофазные нелинейные нагрузки, в форме параллельного соединения широкополосных пассивных фильтров лестничной структуры. Они обеспечивают не только компенсацию реактивной мощности, но и коррекцию частотных характеристик сети для демпфирования резонансных режимов. Рассмотрен аналитический метод расчета предложенных широкополосных фильтров, основанный на денормировании фильтрапрототипа по частоте и реактивной мощности . Метод позволяет варьировать уровень ослабления отдельных гармоник, передаваемых во внешнюю сеть, за счет распределения мощности компенсирующего устройства между звеньями. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Сравнительный анализ различных конфигураций показал, что предложенные ФКУ на основе широкополосных фильтров позволяют компенсировать реактивную мощность на частоте основной гармоники, а также снизить уровень гармоник, создаваемых многофазными нелинейными нагрузками, до значений, определяемых ГОСТ 32144 -2013. Предложенные в статье фильтры обеспечивают эффективное подавление как характеристических, так и нехарактеристических гармонических составляющих, а также имеют меньшие потери мощности на частоте основной гармоники по сравнению с известными решениями.

THE PURPOSE. Мutipulse rectifiers are widely used as a nonlinear loads in industrial distribution systems. The advantage of mutipulse rectifiers is low harmonic emission and high power factor. However input currents of mutipulse rectifiers have a wide spectrum including characteristic and noncharacteristic harmonics. This has a negative impact on the power quality. Shunt capacitors are the simplest form of reactive power compensation in industrial power distribution systems. However power systems with nonlinear loads suffer from severe harmonic distortion due to the parallel resonance between capacitors and system inductance. Special compensating devices for reactive power compensation and correction of power system frequency response for resonances damping are necessary. METHODS. In this paper shunt compensating devices for power delivery systems with multipulse nonlinear loads are considered. Proposed devices are composed of 3-5 order parallel connected passive broadband filters. They provide power factor correction, voltage and current harmonics mitigation and resonance modes damping. A general broadband filter design procedure based on frequency and reactive power scaling of normalized filter parameters is developed. RESULTS. Characteristics of different compensating devices configurations using broadband passive filters are discussed. It is shown that broadband filtering devices enable compensation of fundamental frequency reactive power as well as mitigation of voltage harmonic level to values determined by Russian and international standards. Proposed devices have lower fundamental power losses in c omparing with known solutions. CONCLUSION. Proposed analytical design method is applicable to broadband filters of different orders.

коэффициент мощностигармоникимногопульсные нелинейные нагрузкиширокополосные пассивные фильтрыpower factorharmonicsmultipulse nonlinear loadsbroadband passive filtersReferencesЖежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 6-е изд. М., Энергоатомиздат, 2010. 375 c.Zhezhelenko IV. Vysshie garmoniki v sistemakh promyshlennogo elektrosnabzheniya prompredpriyatii. Moscow: Energoatomizdat Publ., 2000, 331 p.Коверникова Л.И., Тульский В.Н., Шамонов Р.Г. Качество электроэнергии в ЕЭС России: текущие проблемы и необходимые решения // Электроэнергия: Передача и распределение. 2016. № 2 (35). С. 28-38.Kovernikova LI, Tulckiy VN, Shamonov RG. Katchestvo elektreoenergii v EES Rosii, tekustchie problem I neobkhodimye resheniya. Elektroenergiya. Peredatcha I raspredelenie. 2016;2 (35):28-38.Rodríguez J., Pontt J., Silva C., et al. Large Current Rectifiers: State of the Art and Future Trends. – IEEE trans. on Industrial Electronics. 2005. V. 52. No 3. pp. 738-745.Rodríguez J, Pontt J, Silva C, et al. Large Current Rectifiers: State of the Art and Future Trends. IEEE trans. on Industrial Electronics. 2005;52(3):738-745.Singh B., Gairola S., Singh B. N., et al. Multipulse AC–DC Converters for Improving Power Quality: A Review – IEEE trans. on Power Electronics. 2008, V. 23. No. 1. pp. 260-281.Singh B,Gairola S, Singh BN, et al. Multipulse AC–DC Converters for Improving Power Quality: A Review. IEEE trans. on Power Electronics. 2008;23(1):260-281.Zhiheng M., Zheng X., Yujun L. Harmonic Analysis and Simulation of Multi -pulse Rectifiers Applied in Electrolysis Industry. 2014 IEEE Industry application society annual meeting, 2014, pp. 1 -5, doi: 10.1109/IAS.2014.6978498.Zhiheng M., Zheng X., Yujun L. Harmonic Analysis and Simulation of Multi-pulse Rectifiers Applied in Electrolysis Industry. 2014 IEEE Industry application society annual meeting, 2014, pp. 1 -5, doi: 10.1109/IAS.2014.6978498.Badrzadeh D., Smith K., Wilson R. Designing passive harmonic filters for an aluminum smelting plant. – IEEE trans. on Industry Applications. 2011. V. 47. No 2. pp. 973-983.Badrzadeh D., Smith K., Wilson R. Designing passive harmonic filters for an aluminum smelting plant. IEEE trans. on Industry Applications. 2011;47(2):973-983.Li X., Xu W., Ding T. Damped high passive filter – a new filtering scheme for multipulse rectifier systems. – IEEE trans. on Power Delivery. 2017. V. 32. No. 1. pp. 117-124.Li X, Xu W, Ding T. Damped high passive filter – a new filtering scheme for multipulse rectifier systems. IEEE trans. on Power Delivery. 2017;32(1):117-124.Wang Y., Xu W. A Shared Resonance Damping Scheme for Multiple Switchable Capacitors. IEEE trans. on Power Delivery. 2018. V. 33. No.42. pp. 1973-1980.Wang Y, Xu W. A Shared Resonance Damping Scheme for Multiple Switchable Capacitors. IEEE trans. on Power Delivery. 2018;33(4):1973-1980.Wang Y., Xu S., Xu W., Wu J., Xiao X. Comparative Studies on Design Methods for Detuned CType Filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2020. V. 35. No. 4. pp. 1725-1734.Wang Y, Xu S, Xu W, Wu J., Xiao X. Comparative Studies on Design Methods for Detuned CType Filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2020;35(4):1725-1734.Xu W., Ding T., Li X., Liang H. Resonance-Free Shunt Capacitors – Configurations, Design Methods and Comparative Analysis. IEEE trans. on Power Delivery. 2016. V. 31. No. 5. pp. 2287-2295.Xu W, Ding T, Li X, Liang H. Resonance-Free Shunt Capacitors – Configurations, Design Methods and Comparative Analysis. IEEE trans. on Power Delivery. 2016;31(5):2287-2295.Li X., Wang Y., Xu W. A new filtering scheme for HVDC terminals based on damped high-pass filter. – IEEE trans. on Power Delivery. 2019. V. 34. No 5. pp. 2050-2057.Li X, Wang Y, Xu W. A new filtering scheme for HVDC terminals based on damped high -pass filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2019;34(5):2050-2057.Ding T., Xu W., Liang H. Design method for third-order High-pass filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2016. V. 31. No 1. pp. 402-403.Ding T, Xu W, Liang H. Design method for third-order High-pass filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2016;31(1):402-403.Довгун В.П., Боярская Н.П., Егоров Д.Э., Синяговский А.Ф. Синтез широкополосных фильтров гармоник // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2014. № 5-6. С. 85-91.Dovgun VP, Boyarskaya NP, Egorov D.E., et al. Sintez shirokopolosnykh filtrov garmonik. Izvestiya vuzov. Problemy energetiki. 2014;5-6:85-91.Das J. Design and Application of a Second-Order High-Pass Damped Filter for 8000-hp ID Fan Drives – A Case Study. – IEEE trans. on Industry Applications. 2015. V. 51. No 2. pp. 1417-1426.Das J. Design and Application of a Second-Order High-Pass Damped Filter for 8000-hp ID Fan Drives A Case Study. IEEE trans. on Industry Applications. 2015;51(2):1417-1426.Довгун В.П., Егоров Д.Э., Новиков В.В., Звягинцев Е.С. Параметрический синтез широкополосных силовых фильтров. Электричество. 2018. № 12. С. 14-21.Dovgun VP, Egorov DE, Novikov VV, et al. Parametritcheskii sintez shirokopklosnyh filtrov Elektritchestvo. 2018;12:14-21.Dovgun V.P., Egorov D.E., Prozorov N. R., Novikov V.V. Broadband Power Filters for Power Supply Systems with Multiphase Converters. Russian Electrical Engineering. 2020. V. 91. No. 5. pp. 330-334.Dovgun VP, Egorov DE, Prozorov NR, et al. Broadband Power Filters for Power Supply Systems with Multiphase Converters. Russian Electrical Engineering. 2020;91(5):330-334.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.