Широкополосные демпфирующие фильтры лестничной структуры

   АКТУАЛЬНОСТЬ. Рост числа потребителей с нелинейными вольтамперными характеристиками является одной из причин ухудшения качества электрической энергии в сетях промышленных и муниципальных потребителей. Низкое качество электроэнергии приводит к отрицательно последствиям, связанным с сокращением срока службы электрооборудования, увеличением электротехнического и технологического ущерба у потребителей.

   ЦЕЛЬ. Развитие общего метода проектирования и сравнительный анализ характеристик широкополосных пассивных фильтров (ШПФ), обеспечивающих снижение негативного влияния мощных нелинейных нагрузок на режимы электрических сетей.

   МЕТОДЫ. Процедура проектирования ШПФ основана на использовании методов оптимального синтеза линейных цепей. Рассмотрена базовая структура ШПФ в форме реактивного четырехполюсника с резистивной нагрузкой. Определены требования к структуре реактивного четырехполюсника, при выполнении которых обеспечиваются требуемые компенсационные характеристики.

   РЕЗУЛЬТАТЫ. Показано, что ШПФ 2-3 порядка, используемые в промышленных СЭС, являются простейшими вариантами предложенной базовой структуры. С помощью рассмотренного метода синтезированы новые варианты фильтров, реализующих требуемую частотную характеристику в полосе ослабления. Сравнение характеристик фильтров показало, что предлагаемые варианты ШПФ обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными фильтрами 2 порядка. На основе проведенного анализа сформулированы рекомендации по выбору структуры фильтров, используемых для ослабления характеристических и нехарактеристических гармоник.

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование предлагаемых конфигураций ШПФ позволит снизить негативное влияние мощных нелинейных потребителей на качество электроэнергии в промышленных системах электроснабжения.

1. Управление качеством электроэнергии / И. И. Карташев, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов и др.; под ред. Ю. В. Шарова. – 3-e изд., – М.: Издательский дом МЭИ, 2017. – 347 с.

2. Nassif A. D., Xu W., Freitas W. An investigation on the selection of filter topologies for passive filter applications. – IEEE transactions on Power Delivery, Vol. 24, No. 3, 2009, pp. 1710-1718.

3. Das J. Passive filters – potentialities and limitations. – IEEE trans. on industry applications. Vol. 40, No. 1, January/February, 2004, pp. 232-241.

4. Nassif A. Assessing the Impact of Harmonics and Interharmonics of Top and Mudpump Variable Frequency Drives in Drilling Rigs. – IEEE trans. on Industry Applications. 2019, Vol. 55, No. 5, pp. 5574-5583.

5. Badrzadeh D., Smith K., Wilson R. Designing passive harmonic filters for an aluminum smelting plant. IEEE transactions on industry applications. 2011, Vol. 47, No. 2, pp. 973-983.

6. 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, Vol. 51, No. 2, pp. 1417-1426.

7. Wang Y., Chen P., Xu W., et al. A comprehensive investigation on the selection of high-pass harmonic filters. IEEE trans. on Power Delivery. 2022, Vol. 37, No. 5, pp. 4212-4226.

8. Довгун В. П., Егоров Д. Э., Новиков В. В. Широкополосные силовые фильтры для систем электроснабжения с многофазными преобразователями. Электротехника, 2020, № 5, с. 47-51.

9. Егоров Д.Э., Довгун В.П., Боярская Н.П., и др. 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

10. 10. Xu W., Ding T., Li X., et al. Resonance-free shunt capacitors: configurations, design methods and comparative analysis. IEEE Trans. on Power Delivery, 2016. V. 31. №. 5. pp. 2287–2295.

11. Ding T., Xu W., Liang H. Design method for third-order high-pass filter. – IEEE trans. on power delivery, Vol. 31, No. 1, 2016, pp. 402, 403.

12. Li X., Xu W., Ding T. Damped high passive filter – a new filtering scheme for multipulse rectifier systems. – IEEE transactions on power delivery, Vol. 32, No. 1, 2017, pp. 117-124.

13. Довгун В. П., Егоров Д. Э., Новиков В. В., и др. Параметрический синтез широкополосных силовых фильтров. Электричество, 2018, № 12, с. 14-21.

14. Wang Y., Xu S., Xu W., et al. Comparative Studies on Design Methods for Detuned C-Type Filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2020, Vol. 35, No. 4, pp. 1725-1734.

15. Khattab N., El’Gharably A., Sayed M., T. et al. Optimal Multi-Objective Design of Anti-Resonance Fourth-Order Passive Power Filters Using TOPSIS-Based NSGA in Distorted Distribution Systems. 2022 23rd International Middle East Power Systems Conference (MEPCON), Kafrelshiekh University, Egypt 13-15 December 2022.

16. Li X., Xu W. A Novel Filter to Mitigate Interharmonic Problems Caused by Variable Frequency Drives. IEEE PEDS 2017, pp. 887 – 892.

17. 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.

18. Lamlom A. Ahmed Ibrahim, Balc A., et al. 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.

19. 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.

20. 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.

21. Xu S., Wang Y., Xiao X., et al. Adaptive Damping –An Improved Resonance Mitigation Scheme for Shunt Capacitors. IEEE Trans. Power Delivery, 2022, Vol. 37, no. 2, pp. 755-764.

22. Zhang G., Wang Y., Xu W., et al. Characteristic parameter-based detuned C-type filter design. – IEEE power and energy technology systems journal. Vol. 5, No. 2, 2018, pp. 65-72