probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2021-23-6-42-52probener-2054Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGМинимизация потерь мощности в пассивных силовых фильтрахMinimization of power losses in passive power filtersБоярскаяН. П.BoyarskayaN. P.

 канд. техн. наук, доцент кафедры «ТОЭ»

 Красноярск 

Krasnoyarsk

bnp2006dvg@mail.ruДовгунВ. П.DovgunV. P.

 д-р. техн. наук, профессор кафедры «Системы автоматики,автоматизированного управления и проектирования»

 Красноярск 

Krasnoyarsk

vdovgun55@mail.ruЕгоровД. Э.EgorovD. E.

 канд. техн. наук, доцент

 Красноярск 

Krasnoyarsk

denis.egorov.90@br.ruНовиковВ. В.NovikovV. V.

 канд. техн. наук, доцент

 Красноярск 

Krasnoyarsk

nvv@iksib.ruШандрыгинД. А.ShandriginD. A.

 аспирант

 Красноярск 

Krasnoyarsk

Shandrigin2012@yandex.ruКрасноярский государственный аграрный университетРоссияKrasnoyarsk State Agricultural UniversityRussian FederationСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian Federation2021300320222364252Copyright © Боярская Н.П., Довгун В.П., Егоров Д.Э., Новиков В.В., Шандрыгин Д.А., 20222022Боярская Н.П., Довгун В.П., Егоров Д.Э., Новиков В.В., Шандрыгин Д.А.Boyarskaya N.P., Dovgun V.P., Egorov D.E., Novikov V.V., Shandrigin D.A.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/2054ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Широкополосные силовые фильтры (ШПФ) являются эффективным средством ослабления гармонических искажений и компенсации резонансных режимов в системах электроснабжения, основной нагрузкой которых являются многопульсные полупроводниковые преобразователи и дуговые печи. Недостаток простейших широкополосных фильтров, используемых на практике – большая мощность, потребляемая демпфирующим резистором. Особенно сильно это проявляется в устройствах, предназначенных для ослабления гармоник низкого порядка.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. Рассмотрена базовая структура ШПФ в форме односторонне нагруженного четырехполюсника лестничной структуры. Определены требования к структуре фильтров, при которых обеспечиваются малые потери мощности в элементах. Предложен метод проектирования широкополосных демпфирующих фильтров произвольного порядка, основанный на использовании методов многокритериальной оптимизации.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье предложены новые конфигурации широкополосных фильтров лестничной структуры, обеспечивающих требуемую селективность частотных характеристик и потребляющих значительно меньшую активную мощность, чем традиционные схемы, используемые для подавления низкочастотных гармоник. Показано, что известные варианты ШПФ можно рассматривать как частные случаи предложенной структуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложенные фильтры лестничной структуры целесообразно использовать в промышленных системах электроснабжения, значительную часть нагрузки которых составляют мощные электроприемники с нелинейными характеристиками. Это позволит нормализовать качество электроэнергии и одновременно повысить энергоэффективность компенсирующих устройств.

THE PURPOSE

THE PURPOSE. Broadband passive filters (BBF) are an effective measure to mitigate harmonic resonance in power systems with nonlinear harmonic producing loads. The disadvantage of simple second-order broadband filters are pure selectivity and excessive fundamental frequency losses. This is especially evident in devices designed for low-order harmonics mitigation. This paper presents new broadband filter configurations with superior performances and low fundamental frequency losses.

METHODS

METHODS. A general method of broadband passive filter design is considered. The filter has the form of single-loaded ladder LC-two-port. Conditions of minimal fundamental frequency loss of the filer are determined.

RESULTS

RESULTS. This paper presents new broadband filter configurations with superior damping performances and low fundamental frequency losses. Different broadband filter configurations are compared. The results show that 3-5 order broadband ladder filters have better filtering performance and lower power loss than traditional C-type filters.

CONCLUSION

CONCLUSION. The proposed broadband filters can be used for industrial power systems with powerful nonlinear loads. This will normalize the power quality and at the same time improve the energy efficiency of compensating devices.

широкополосные пассивные фильтрыхарактеристические и нехарактеристические гармоникипотери мощности в пассивных фильтрахbroadband passive filterscharacteristic and no characteristic harmonicsfundamental frequency power lossReferencesЖежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 6-е изд. М., Энергоатомиздат, 2010. 375 c.Zhezhelenko IV. Vysshie garmoniki v sistemakh promyshlennogo elektrosnabzheniya prompredpriyati. 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.Orcajo G.A., Adruga P., Rodrigues J., et al. Overcurrent protection response of a hot rolling mill filtering system: analysis of the process conditions. IEEE trans. on Industry Applications. 2017. V. 53. No. 3. pp. 2596-2607.Orcajo GA, Adruga P, Rodrigues J, et al. Overcurrent protection response of a hot rolling mill filtering system analysis of the process conditions. IEEE trans. on industry applications. 2017;53(3):2596-2607.Singh B., Gairola S., Singh B. N., Chandra A., Al-Haddad K. 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.Badrzadeh B., Smith K., Wilson R. Designing passive harmonic filters for an aluminum smelting plant. IEEE trans. on Industry Applications. 2011. V. 47. N. 2. pp. 973-983.Badrzadeh B, Smith K, Wilson R. Designing passive harmonic filters for an aluminum smelting plant. IEEE trans. on industry applications.2011:47(2):973-983.Nascimento C., Watanabe E., Diene O., Dietrich A., Goedtel A., Gyselinck J., Dias R. Analysis of noncharacteristic harmonics generated by voltage-source converters operating under unbalanced voltage. IEEE trans. on Power Delivery. 2017. V. 32. No. 2. pp. 951-961.Nascimento C, Watanabe E, Diene O, et al. Analysis of noncharacteristic harmonics generated by voltage-source converters operating under unbalanced voltage. IEEE trans. On Power Delivery. 2017; 32(2):951-961.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.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.Allenbaugh M., Dionise T., Natali T. Harmonic Analysis and Filter Bank Design for a New Rectifier for a Cold Roll Mill. IEEE trans. on Industry Applications. 2013. V. 49. No. 3. pp. 1161-1170.Allenbaugh M, Dionise T, Natali T. Harmonic Analysis and Filter Bank Design for a New Rectifier for a Cold Roll Mill. IEEE trans. on Industry Applications. 2013;49(3):1161-1170.Wang Y., Xu S., Xu W., et al. 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, et al. Comparative Studies on Design Methods for Detuned CType Filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2020;35(4):1725-1734.Horton R., Dugan R., Hallmark D. Novel Design Methodology for C-Type Harmonic Filter Banks Applied in HV and EHV Networks. Proceedings of the Conference PES T&D 2012, Orlando, FL, USA. 7–10 May 2012. pp. 1–6.Horton R., Dugan R., Hallmark D. Novel Design Methodology for C-Type Harmonic Filter Banks Applied in HV and EHV Networks. Proceedings of the Conference PES T&D 2012, Orlando, FL, USA, 7–10 May 2012; pp. 1–6.Lamlom A. Ahmed Ibrahim, Balc A., M., Karadeniz A., Abdel Aleem, S.H.E. Optimal Design and Analysis of Anti-Resonance C-Type High-Pass Filters. In Proceedings of the IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2017 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC/I&CPS Europe), Milan, Italy, 6–9 June 2017.Lamlom A, Ahmed Ibrahim A, Balc M, et al. Optimal Design and Analysis of AntiResonance C-Type High-Pass Filters. In Proceedings of the IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2017 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC/I&CPS Europe), Milan, Italy, 6–9 June 2017.Zhang G., Wang Y., Xu W., Sitther E. Characteristic parameter-based detuned C-type filter design. IEEE power and energy technology systems journal., 2018. V. 5. No. 2. pp. 65-72.Zhang G, Wang Y, Xu W, Sitther E. Characteristic parameter-based detuned C-type filter design. IEEE power and energy technology systems journal. 2018;5:2:65-72.Lange A., Redlarski G. Selection of C-type filters for reactive power compensation and filtration of higher harmonics injected into the transmission system by arc furnances. Energies. 2020. V.13. pp.2330. doi: 10.3390/en13092330.Lange A, Redlarski G. Selection of C-type filters for reactive power compensation and filtration of higher harmonics injected into the transmission system by arc furnances. Energies, 2020;13:2330; doi: 10.3390/en13092330.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. №. 5. pp. 2287–2295.Xu W, Ding T, Li X, et al. Resonance-free shunt capacitors configurations, design methods and comparative analysis. IEEE Trans. on Power Delivery. 2016;31(5):2287–2295.Wang Y., Xu W., A shared resonance damping scheme for multiple switchable capacitors, IEEE Trans. Power Deliery. 2018. V. 33. No. 4. pp. 1973–1980,Wang Y, Xu W, A shared resonance damping scheme for multiple switchable capacitors. IEEE Trans. Power Deliery. 2018;33(4):1973–1980.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.Довгун В.П., Егоров Д.Э., Широкополосные силовые фильтры для систем электроснабжения с многофазными преобразователями Электротехника. 2020. № 5. с. 47-51.Dovgun VP, Egorov DE. Shirokogokosnnye silovye filtry dlya system elektrosnabgeniya s mnogofaznymi preobrazovatelyzmi. Elektrotekhnira. 2020;5:47-51.Егоров Д.Э., Довгун В.П., Боярская Н.П., Ян А.В., Слюсарев А.С. Коррекция коэффициента мощности в системах электроснабжения с многофазными нелинейными нагрузками // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020. Т. 22. № 6. С. 3-15. doi:10.30724/1998-9903-2020-22-6-3-15.Egorov DE, Dovgun VP, Boyzrskaya NP, et al. Korrekciya koefficienta moshnosti v sistemakh c mnogofaznymi nelineynyvi nagruzkami. Izvestiya vysshikh ucshebnykh zavedeniy. PROBLEMY ENERGETIKI. 2020;22:6:3-15. doi:10.30724/1998-9903-2020-22-6-3-15.Улахович Д. А. Основы теории линейных электрических цепей: СПб.: БХВПетербург, 2009. 816 с.Ulakhovich DA. Osnovy teorii lineynykh elektricheskikh cepey: ucheb.posobie. SPb.: BXV-Peterburg, 2009. 816 p.

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