energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2016-59-5-418-426energy-1027Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGАНАЛИЗ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО АКТИВНОГО ФИЛЬТРА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ТИПА С СЕЛЕКТИВНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ ДЛЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПОСТОЯННОГО ТОКАANALYSIS OF THE FUNCTIONING OF A COMBINED ACTIVE FILTER OF A SEQUENTIAL TYPE WITH SELECTIVE LINKS FOR DIRECT CURRENT TRACTION SUBSTATIONЩербакЯ. В.ShcherbakYa. V.

Адрес для переписки: Щербак Я. В. — Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл. Фейербаха, 7, 61050, г. Харьков, Украина Тел.: +380 57 730-19-21    slider2012@i.ua

Address for correspondence: Shcherbak Yа. V. — Ukrainian State University of Railway Transport, 7 Feyierbaha area, 61050, Kharkov, Ukraine  Tel.: +380 57 730-19-21  slider2012@i.ua

slider2012@i.uaСемененкоЮ. А.SemenenkoYu. A.slider2012@i.uaУкраинский государственный университет железнодорожного транспорта, ХарьковУкраинаUkrainian State University of Railway TransportUkraine201629092016595418426Copyright © Щербак Я.В., Семененко Ю.А., 20162016Щербак Я.В., Семененко Ю.А.Shcherbak Y.V., Semenenko Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1027

Приведены результаты исследований комбинированного активного фильтра последовательного типа с непрерывной системой управления для тяговых подстанций постоянного тока. В рассматриваемой структуре пассивный апериодический LC-фильтр работает совместно с активным, принцип действия которого основан на формировании по каналу обратной связи системы автоматического регулирования напряжения компенсации переменной составляющей выходного напряжения подстанции. Предложена структура системы управления комбинированного активного фильтра последовательного типа, особенностью которой является использование двух параллельно работающих цепей обратной связи. Первая формирует сигнал для компенсации переменной составляющей в широком диапазоне частот. Вторая построена с применением селективных звеньев, которые настроены на низкочастотные, в том числе неканонические, гармоники напряжения с большими амплитудами. В результате аналитических исследований получено выражение передаточной функции системы управления активного фильтра последовательного типа с селективным звеном. Построенные логарифмические амплитудно-частотные характеристики комбинированного активного фильтра без селективного звена и с ним наглядно показали более высокую эффективность подавления неканонических гармоник во втором случае. Для подтверждения достоверности результатов аналитических исследований системы управления активного фильтра разработана его имитационная модель в среде MatLab. Проведенный анализ комбинированного активного фильтра последовательного типа с селективными звеньями показал, что его применение целесообразно на тяговой подстанции для улучшения качества питающей электрический подвижной состав энергии постоянного тока, при этом также достигается необходимый уровень электромагнитной совместимости тяговой сети с системами железнодорожной автоматики и связи.

The results of the studies of the combined active filter of a sequential type with a continuous control system for direct current traction substation traction are presented. In the structure under consideration the aperiodic passive LC-filter operates in conjunction with the active one, the operation principle of the latter is being based on the formation of the channel feedback system of automatic voltage regulation of compensation of the variable component of the output voltage of the substation. The structure of a control system of a combined active filter of the series type has been proposed, which specific feature is the use of two parallel running circuits of feedback. The first one generates a signal for compensation of the variable component in a wide range of frequencies. The second one is built with the use of selective links that are configured to low frequency, including the non-canonical harmonic voltage with large amplitude. As a result of analytical studies the expression of the transfer function of the control system of the active filter of the series type with selective link has been obtained. The logarithmic amplitude-frequency characteristics of the combined active filter with and without selective link that had been determined clearly demonstrated the higher efficiency of suppression of the non-canonical harmonics in the second case. In order to confirm the reliability of the analytical results of the control system of the active filter a simulation model in MatLab has been developed. The analysis of the combined active filter of the series type with selective links demonstrated that its use is expedient for quality improvement of the supply the electric rolling stock with direct current energy, also achieving the desired level of electromagnetic compatibility of traction network with systems of railway automatics and communications.

система управленияпередаточная функциясистема автоматического регулированияпассивный фильтрэлектромагнитная совместимостьcontrol systemtransfer functionautomatic control systempassive filterelectromagnetic compatibilityReferencesHeydt, G. T. Second Harmonic Components in Power System Voltages and Currents / G. T. Heydt, Y. Liu // IEEE Transactions on Power Delivery. 2005. Vol. 20, No 1. Р. 521–523.Heydt, G. T., Liu Y. (2005) Second Harmonic Components in Power System Voltages and Currents. IEEE Transactions on Power Delivery, 20 (1), 521–523. DOI:10.1109/TPWRD.2004.839746Щербак, Я. В. Активна фільтрація вихідної напруги тягової підстанції постійного струму / Я. В. Щербак, Ю. О. Семененко // Зб. наук. праць Укр. держ. акад. залізнич. трансп. 2011. № 127. С. 146–151.Shcherbak Y. V., Semenenko Y. A. (2011) The Active Filtering of Output Voltage of DC Traction Substation. Zb. nauk. prats' Ukr. derzh. akad. zal?znich. Transp. [Collected Scientific Works of the Ukrainian State Academy of the Railway Transport], (127), 146–151 (in Ukrainian).Щербак, Я. В. Аналіз динамічних характеристик комбінованого фільтра тягової підстанції / Я. В. Щербак, Ю. О. Семененко // Зб. наук. праць Укр. держ. акад. залізнич. трансп. 2013. № 142. С. 137–143.Shcherbak Y. V., Semenenko Y. A. (2013) Analysis of Dynamic Characteristics of Traction Substation Combined Filter. Zb. nauk. prats' Ukr. derzh. akad. zal?znich. Transp. [Collected Scientific Works of the Ukrainian State Academy of the Railway Transport], (142), 137–143 (in Ukrainian).Семененко, Ю. О. Дослідження роботи силового активного фільтра послідовного типу // Розвиток наукової та інноваційної діяльності на транспорті / Ю. О. Семененко // Зб. наук. праць Укр. держ. акад. залізнич. трансп. 2014. № 143 С. 244 с.Semenenko Y .A. (2014) Study of the Power Active Sequential Filter. Zb. nauk. prats' Ukr. derzh. akad. zal?znich. Transp. [Collected Scientific Works of the Ukrainian State Academy of the Railway Transport],(143), 244 (in Ukrainian).Семененко, Ю. О. Дослідження роботи комбінованого активного фільтра послідовного типу з імпульсною системою керування / Ю. О. Семененко // Зб. наук. праць Укр. держ. акад. залізнич. трансп. 2015. Т. 1, № 151. С. 87.Semenenko, Y.A. (2015) The Study of the Functioning of the Combined Active Sequential Filter with Impulse Control System. Zb. nauk. prats' Ukr. derzh. akad. zal?znich. Transp. [Collected Scientific Works of the Ukrainian State Academy of the Railway Transport], 1 (151), 87 (in Ukrainian).Lundquist, J. On Harmonic Distortion in Power Systems [Electronic Resource] / J. Lundquist. Sweden, Göteborg: Department of Electric Power Engineering, Chalmers University оf Technology, 2001. 147 p.Lundquist J. (2001) On Harmonic Distortion in Power Systems. Göteborg, Sweden, Department of Electric Power Engineer-ing, Chalmers University ?f Technology. 147 ?.Design Considerations for Maintaining DC Side Voltage of Hybrid Active Power Filter with Injection Circuit / A. Luo [et al.] // IEEE Transactions on Power Electronics. 2009. Vol. 24, №1 P. 75–84.7 Luo A., Shuai Z. K., Shen Z. J., Zhu W. J., Xu X. Y. (2009) Design Considerations for Maintaining DC Side Voltage of Hybrid Active Power Filter with Injection Circuit. IEEE Transactions on Power Electronics, 24 (1), 75–84. DOI:10.1109/TPEL.2008.2005501.Dán, A. Filtering of Harmonics Generated by Thyristor Controlled AC Traction Systems / A. Dán, J. Kisvölcsey, Gy. Varjú // Proc. II. International Conference on Harmonics in Power Systems, Winnipeg, 6–7 Oct., 1986. Р. 404–413.Dán A., Kisvölcsey J., Varjú G. (1986) Filtering of Harmonics Generated by Thyristor Controlled AC Traction Systems. Proc. II International Conference on Harmonics in Power Systems, Winnipeg, 6-7 October, 1986, 404 – 413.Ludbork, A. Harmonic Filtered for Notch Reduction / А. Ludbork // IEEE IAS 21th Annu. Denver. 1993. P. 1043–1047.Ludbork A. (1993) Harmonic Filtered for Notch Reduction. IEEE IAS 21-th Annu. Denver, 1043 – 1047.Williams S. M. Discrete Controlled Harmonic and Reactive Power Compensator / S. M. Williams, R. G. Hoft // Conference Record IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society). 1988. Vol. 35, №6. P. 881–887.Williams S. M., Hoff R. G. (1988) Discrete Controlled Harmonic and Reactive Power Compensator. Conference Record IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 35 (6),881-887 DOI:10.1109/IAS.1988.25164

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