probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2022-24-4-77-89probener-2308Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫENERGY SYSTEMS AND COMPLEXESУстановки поперечной емкостной компенсации, обеспечивающие демпфирование резонансных режимов в системах электроснабженияShunt power factor correction devices for damping of harmonic resonance in industrial power systemsДовгунВ. П.DovgunV. P.

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

г. Красноярск

Valery P. Dovgun

Krasnoyarsk

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

Егоров Денис Эдуардович – канд. техн. наук, доцент кафедры «Системы автоматики, автоматизированного управления и проектирования»

г. Красноярск

Denis E. Egorov

Krasnoyarsk

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

Новиков Виктор Валерьевич – канд. техн. наук, доцент кафедры «Системы автоматики, автоматизированного управления и проектирования»

г. Красноярск

Viktor V. Novikov

Krasnoyarsk

nvv@iksib.ruСиняговскийА. Ф.SinjagovskyA. F.

Синяговский Артем Феликсович – канд. техн. наук, доцент кафедры «Системы автоматики, автоматизированного управления и проектирования»

г. Красноярск

Artiom F. Sinjagovsky

Krasnoyarsk

asinyagovskiy@sfu-kras.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian Federation2022170820222447789Copyright © Довгун В.П., Егоров Д.Э., Новиков В.В., Синяговский А.Ф., 20222022Довгун В.П., Егоров Д.Э., Новиков В.В., Синяговский А.Ф.Dovgun V.P., Egorov D.E., Novikov V.V., Sinjagovsky A.F.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/2308

ЦЕЛЬ. Серьезной проблемой конденсаторных установок, используемых в системах электроснабжения для компенсации реактивной мощности, является резонансное усиление гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками, а также перенапряжения, возникающие при коммутациях в сети. Для защиты установок от перенапряжений и влияния гармоник последовательно с батареей конденсаторов (БК) включают демпфирующие звенья. В статье рассмотрены установки поперечной емкостной компенсации с демпфирующими звеньями в форме лестничного LC-четырехполюсника. Помимо компенсации реактивной мощности установки осуществляют фильтрацию гармоник и демпфирование переходных процессов, вызванных коммутациями в сети. МЕТОДЫ. Разработана процедура расчета демпфирующих звеньев лестничной структуры для установок поперечной емкостной компенсации, основанная на оптимизации частотной характеристики в пространстве параметров элементов демпфирующего звена. Определены условия, при которых звено обеспечивает демпфирование резонансных режимов, возникающих в параллельном контуре, образованном компенсирующим конденсатором и индуктивностью сети. С помощью предложенной процедуры расчета определены параметры звеньев различного порядка, осуществляющих демпфирование переходных процессов при коммутациях и фильтрацию гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками. РЕЗУЛЬТАТЫ. Сравнительный анализ характеристик компенсирующих установок с различными вариантами демпфирующих звеньев показал, что установки с демпфирующими звеньями лестничной структуры эффективно ослабляют тяжелые переходные процессы, возникающие при ко ммутациях в сети, а также обеспечивают фильтрацию гармоник в широком диапазоне частот. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В системах электроснабжения с большой долей нелинейных нагрузок необходимы установки поперечной емкостной компенсации, обеспечивающие демпфирование резонансных режимов и ослабление гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками. Эти функции выполняют демпфирующие звенья, включаемые последовательно с батареей конденсаторов. В статье рассмотрены новые варианты демпфирующих звеньев в форме реактивных четырехполюсников, ослабляющих перенапряжения при переходных процессах и уменьшающих гармонические искажения токов и напряжений.

THE PURPOSE. Harmonic resonance has become a serious problem of shunt capacitor banks for reactive power and voltage support. Effective solution to damp out the capacitor-caused resonance is the series connection of capacitor bank with harmonic damping network. This paper presents a general design method for shunt capacitive compensating units with damping networks. The damping unit is designed in such a way that it provides harmonic filtering and adequate damping of the transient oscillations. METHODS. The method was developed for designing damping network in the form of ladder LC-two-port. The design is based on minimization of voltage total harmonic distortion (VTHD) in the point of common coupling. Normalized element parameters of the different order damping networks have been determined. RESULTS. Comparative study of transient behavior of shunt capacitive compensating units with damping networks illustrate the effectiveness of the propose structure. It has been observed that there is a significant reduction of transient overvoltage in switching of capacitor bank with damping network. CONCLUSION. This paper presents a new design method for capacitive compensating units with damping networks for industrial power systems with powerful nonlinear loads. The paper illustrates superior performance characteristics of proposed shunt capacitive compensating units by computer simulations.

установки поперечной емкостной компенсациигармоникирезонансные режимы в системах электроснабженияshunt power correction devicesharmonicsresonance in power systemsReferencesЖежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 6-е изд., - М., Энергоатомиздат, 2010. – 375 c.Zhezhelenko I.V. Vysshie garmoniki v sistemakh promyshlennogo elektrosnabzheniya prompredpriyatii [Higher harmonics in commercial power supply systems of industrial enterprises]. Moscow: Energoatomizdat Publ., 2010, 375 p. (In Russian).Алферов И. В., Зырянов В. М., Митрофанов Н. А. Анализ аварийности и причин выхода из строя конденсаторных установок в системе электроснабжения нефтегазодобывающего месторождения. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019;23(1):63–74. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-1-63-74.Alferov I., Zyryanov V. M., Mitrofanov N. A. Analysis of accident rate and reasons of condensing unit failures in electrical energy supply system of oil and gas production. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2019; 23(1): pp. 63–74. (In Russian).Locci N., Muscas C., Sulis S. Detrimental effects of capacitors in distribution network in the presence of harmonic pollution. IEEE Trans. Power Delivery, 2007, vol. 22, No. 1, pp. 311-315.Locci N., Muscas C., Sulis S. Detrimental effects of capacitors in distribution network in the presence of harmonic pollution. IEEE Trans. Power Delivery, 2007, vol. 22, No. 1, pp. 311-315.Bose R., Samanta K., Ghosh K., Bandyopadhyay R., Chatterjee S. Transient analysis of mechanically switched capacitors with and without damping network connected to AC grid. 2016 2 nd International Conference on Control, Instrumentation, Energy & communication (CIEC), pp. 274-278.Bose R., Samanta K., Ghosh K., Bandyopadhyay R., Chatterjee S. Transient analysis of mechanically switched capacitors with and without damping network connected to AC grid. 2016 2 nd International Conference on Control, Instrumentation, Energy & communication (CIEC), pp. 274-278.Xu W., Ding T., Li X., Liang H. Resonance-free shunt capacitors – configurations, design methods and comparative analysis, IEEE Trans. Power Delivery, vol. 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. Power Delivery, vol. 31, no. 5, pp. 2287-2295.Wang Y., Xu W., A shared resonance damping scheme for multiple switchable capacitors, IEEE Trans. Power Delivery, 2018, vol. 33, no. 4, pp. 1973–1980.Wang Y., Xu W., A shared resonance damping scheme for multiple switchable capacitors, IEEE Trans. Power Delivery, 2018, vol. 33, no. 4, pp. 1973–1980.Lamlom, A. Ahmed Ibrahim, Balc A., Karadeniz, A., Abdel Aleem, S.H.E. Optimal Design and Analysis of Anti-Resonance C-Type High-Pass Filters. In Proceedings of 2017 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEE IC/I&CPS Europe), Milan, Italy, 6–9 June 2017.Lamlom, A. Ahmed Ibrahim, Balc A., Karadeniz, A., Abdel Aleem, S.H.E. Optimal Design and Analysis of Anti-Resonance C-Type High-Pass Filters. In Proceedings of 2017 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEE IC/I&CPS Europe), Milan, Italy, 6–9 June 2017.Xu S., Wang Y., Xiao X., Xu W., Wang Y. Adaptive Damping –An Improved Resonance Mitigation Scheme for Shunt Capacitors. IEEE Trans. Power Delivery, 2021, Early Access.Xu S., Wang Y., Xiao X., Xu W., Wang Y. Adaptive Damping – An Improved Resonance Mitigation Scheme for Shunt Capacitors. IEEE Trans. Power Delivery, 2021, Early Access.Wang Y., Xu S., Xu W., Wu J., Xiao X. Comparative Studies on Design Methods for Detuned C-Type Filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2020, Vol. 35, No. 4, pp. 1725-1734.Wang Y., Xu S., Xu W., Wu J., Xiao X. Comparative Studies on Design Methods for Detuned C-Type Filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2020, Vol. 35, No. 4, pp. 1725-1734.Zhang G., Wang Y., Xu W., Sitther E. Characteristic parameter-based detuned C-type filter design. – IEEE power and energy technology systems journal. Vol. 5, No. 2, 2018, 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. Vol. 5, No. 2, 2018, pp. 65-72.Боярская Н.П., Довгун В. П., Егоров Д. Э., Новиков В. В., Шандрыгин Д. А. Минимизация потерь мощности в пассивных силовых фильтрах // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. Том 23, № 6, 2021, с. 42-52.Boyarskaya NP, Dovgun VP, Egorov DE, Novikov VV, Shandrigin DA. Minimization of power losses in passive power filters. Power engineering: research, equipment, technology. 2021;23(6):42-52. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-6-42-52.Enslin J., Knijp J., Jansen C., Schuld J. Impact of reactive power compensation equipment on the harmonic impedance of high voltage networks. Power Tech Conference Proceedings, IEEE Bologna. Vol. 2, 2003, pp. 274 – 278.Enslin J., Knijp J., Jansen C., Schuld J. Impact of reactive power compensation equipment on the harmonic impedance of high voltage networks. Power Tech Conference Proceedings, IEEE Bologna. Vol. 2, 2003, pp. 274 – 278.Aleem S. H. E. A., Zobaa A. F., Aziz M. M. A., Optimal C-type Passive Filter Based on Minimization of the Voltage Harmonic Distortion for Nonlinear Loads, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012,vol. 59, no. 1, pp. 281–289.Aleem S. H. E. A., Zobaa A. F., Aziz M. M. A., Optimal C-type Passive Filter Based on Minimization of the Voltage Harmonic Distortion for Nonlinear Loads, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012, vol. 59, no. 1, pp. 281–289.Aleem S. H. E. A., Zobaa A. F., Balci M. E., Optimal Resonance-free Third-order High-pass Filters Based on Minimization of the Total Cost of the Filters Using Crow Search Algorithm, Electric Power Systems Research, vol. 151, pp. 381-394, Oct. 2017.Aleem S. H. E. A., Zobaa A. F., Balci M. E., Optimal Resonance-free Third-order High-pass Filters Based on Minimization of the Total Cost of the Filters Using Crow Search Algorithm, Electric Power Systems Research, vol. 151, pp. 381-394, Oct. 2017.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.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.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.Егоров Д.Э., Довгун В.П., Боярская Н.П., Я н 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., Boyarskaya NP., Jan AW., Slyusarev AS. Power factor correction in power delivery systems with multipulse nonlinear loads. Power engineering: research, equipment, technology. 2020;22(6): 3-15. doi:10.30724/1998-9903-2020-22-6-3-15. (in Russian)Довгун В. П., Егоров Д. Э., Новиков В. В. Широкополосные силовые фильтры для систем электроснабжения с многофазными преобразователями. Электротехника, 2020, № 5, с. 47-51.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, Vol. 91, No. 5, 2020, pp. 330-335.Довгун В. П., Боярская Н. П., Егоров Д. Э., Синяговский А. Ф. Синтез широкополосных фильтров гармоник / В. П. Довгун, Н. П. Боярская, Д. Э. Егоров, А. Ф. Синяговский. // Известия вузов. Проблемы энергетики – 2014. - № 5-6. - С. 85-91.Dovgun V. P., Egorov D. E., Novikov V. V., Sinyagovsky F. F. Synthesis of wideband power harmonic filters. Power engineering: research, equipment, technology. – 2014. - № 5-6. pp. 85-91. (in Russian)

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