Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/57255
Title: Повышение энергоэффективности производства за счет применения силовых фильтров высших гармоник
Other Titles: Enhancing energy efficiency of industrial production by using power harmonic filters
Authors: Нос, Олег Викторович
Востриков, Анатолий Сергеевич
Штанг, Александр Александрович
Малявко, Екатерина Юрьевна
Nos, Oleg Viktorovich
Vostrikov, Anatoliy Sergeevich
Shtang, Alexandr Alexandrovich
Malyavko, Ekaterina Yuryevna
Keywords: нелинейные электромагнитные процессы; энергоэффективность; силовые фильтрокомпенсирующие устройства; последовательно-параллельные активные силовые фильтры; гиперкомплексные числа; nonlinear electromagnetic processes; energy efficiency; power compensators; series-shunt active power filters; hyper-complex numbers
Issue Date: 2019
Publisher: Томский политехнический университет
Citation: Повышение энергоэффективности производства за счет применения силовых фильтров высших гармоник / О. В. Нос [и др.] // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов. — 2019. — Т. 330, № 12. — [С. 28-36].
Abstract: Актуальность. В настоящее время все большее количество технологических процессов и производств в нефтегазовой отрасли реализуется на базе высокопроизводительного оборудования с полупроводниковыми преобразователями электрической энергии, в число которых, например, входят частотно-регулируемые электроприводы переменного тока или бесперебойные источники питания, которые относятся к классу нелинейных нагрузок и могут вызывать большое количество негативных явлений в работе распределительных сетей, включающих в себя несимметрию фазных напряжений и токов, резонансные процессы, тепловые потери в нейтральном проводе, перегрев двигателей и трансформаторов и т. д. Для улучшения электромагнитной совместимости различного рода электроприемников в составе промышленных систем электроснабжения довольно часто используют пассивные конденсаторные батареи для коррекции коэффициента мощности, которые малоэффективны в случае нелинейных процессов. Кроме этого, данный тип компенсационных устройств продолжает потреблять реактивную энергию при отсутствии каких-либо нагрузок и не удовлетворяет современным требованиям в области энергосбережения. Описанные выше недостатки в работе трехфазных систем переменного тока требуют разработки новых схемотехнических решений, методов анализа энергетических процессов и синтеза алгоритмов силовой фильтрации, позволяющих обеспечить нормированные показатели качества электрической энергии в распределительных сетях низкого и среднего классов напряжения вне зависимости от конкретного вида электрических цепей нагрузки. Цель исследования заключается в комплексном анализе существующих технических решений, направленных на повышение электромагнитной совместимости распределительных сетей, а также в описании основных ограничений в работе силовых фильтрокомпенсирующих устройств применительно к промышленным объектам минерально-сырьевого комплекса; в разработке базовых структур активных силовых фильтров с пониженными требованиями по производительности, объему памяти и быстродействию программно-аппаратной части системы управления, практическое применение которых обеспечивает нормированное качество электрической энергии при изменении режимов работы технологического оборудования или конфигурации питающей линии. Объекты: автономные или децентрализованные электроэнергетические системы переменного тока с преобразовательными устройствами силовой электроники и частотно-регулируемыми электроприводами, а также элементами силовой цепи с нелинейными характеристиками, например, реакторами или трансформаторами с насыщенными сердечниками, в которых присутствуют значительные искажения в мгновенной форме трехфазных сигналов; пассивные и активные силовые фильтры высших гармоник. Методы: некоммутативная алгебра кватернионов; четырехмерное гиперкомплексное пространство; методы спектрального анализа и разложения в ряд Фурье. Результат: краткий обзор различных подходов и технических средств к повышению качества электрической энергии в системах электроснабжения промышленных объектов минерально-сырьевого сектора, а также системы управления,рамках которых достигается синусоидальный закон изменения во времени сетевых токов с нулевым или опережающим/отстающим угловым сдвигом при одновременном соблюдении условия симметрии по мгновенным значениям.
Relevance. At present time many technological processes in oil and gas industry sector apply the high performance three phase equip ments with power electronic converters such as variable frequency AC drives or uninterruptible power supplies which are nonlinear loads and can cause various problems in distribution systems, including voltage and current unbalance, resonances phenomena, resistance current losses in the neutral wire, overheating of motors and transformers etc. In order to improve the electromagnetic compatibility of different power consumers in the industrial power supply systems the passive capacitor compensators for reactive power correction are usually used, that are ineffective in case of nonlinear loads. Furthermore this equipment generates the reactive power even if any loads are absent and do not meet modern requirements in area of power conditioning. To avoid the impact of the above mentioned drawbacks on normal operation conditions of three phase systems the development of novel technical approaches to power circuit design, methods for analyzing of electrical power processes and control strategies for power filtering are needed that provide the desired power quality in the low voltage and medium voltage distribution grids regardless of the load electrical circuits. The aim of the research is a comprehensive analysis of existing approaches to electromagnetic compatibility improvement of the three phase loads in the distribution AC system and description of the main restrictions of power compensators under normal operation conditions for industrial applications in mineral resources sector; the control design for enhancing an operational stability of active power filters under time varying parameter disturbances as well as variations of load behaviors or distribution system configuration. Objects: AC electrical power supply systems with power electronics converters and load units in which there are distortions in the instantaneous sinusoidal waveforms of grid three phase variables; passive and active power filters for high frequency harmonic correction. Methods: noncommutative algebra of quaternion; four dimensional hyper complex space representation; methods of spectral analysis and Fourier series decomposition. Results: the brief survey of different approaches and techniques to the power quality enhancing in the AC electrical power supply systems of mineral resources industrial sector and control strategy of active power filters that will provide balanced or/and sinusoidal grid currents in the three phase systems with the zero or leading/lagging phase shift relative to the corresponding voltage.
URI: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/57255
ISSN: 2413-1830
Appears in Collections:Известия ТПУ

Files in This Item:
File SizeFormat 
bulletin_tpu-2019-v330-i12-03.pdf731,08 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.