Сравнительный анализ методов управления параллельным активным фильтром по критерию минимума коэффициента нелинейных искажений

В настоящее время происходит увеличение темпов роста энергопотребления, что подтверждается механизацией промышленной и бытовой сфер, возрастанием энергозатрат на обеспечение качества жизни, а также наступившей эрой электромобилей. При этом актуальными становятся вопросы рационального, эффективного использования источников энергии. В частности, в электроэнергетике актуальным направлением является применение силовых активных фильтров (САФ). Достоинством САФ является способность одновременно компенсировать как реактивную мощность электрической нагрузки на основной частоте, так и высшие гармонические искажения, что позволяет существенно повысить качество электроэнергии в распределительных сетях. Реализация систем управления САФ на основе теории мгновенной мощности (pq-теории) за последние десятилетия получила значительное развитие. Данный подход обеспечивает эффективную компенсацию в установившихся режимах, однако его эффективность снижается при динамических изменениях характера нагрузки. Наиболее прогрессивными являются методы управления САФ, основанные на использовании нейронных сетей и цифровой обработки сигнала. В большинстве случаев в качестве базового элемента нейронной сети используется адаптивный пороговый логический элемент (Adaline), который представляет собой цифровой КИХ-фильтр второго порядка, настраиваемый с помощью алгоритма наискорейшего спуска. Такая структура позволяет осуществлять адаптивную фильтрацию гармонических составляющих в реальном масштабе времени. Вместе с тем применение технологий цифровой обработки сигналов позволяет использовать адаптивные методы спектрального оценивания и подавления помех, которые обеспечивают возможность регуляторам подстраивать в режиме реального времени свои параметры при изменении несинусоидального режима в сети. Это особенно важно при работе с импульсной электрической нагрузкой, характеризующейся быстрыми изменениями спектрального состава тока. В статье проведен анализ известных методов управления САФ для электрических цепей при подключении импульсной электрической нагрузки. Установлено, что наиболее эффективным по критерию минимизации коэффициента гармонических искажений тока (THD) при времени установления переходного процесса t £ 0,01 с является адаптивный метод, где THD после подключения САФ составляет 1,57 %, что подтверждает высокую эффективность интеллектуальных алгоритмов управления для обеспечения качества электроэнергии в современных электроэнергетических системах.

1. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения: ГОСТ 32144–2013. Введ. 22.07.2013. М.: Стандартинформ, 2014. 19 с.

2. Куско, А. Качество энергии в электрических сетях: пер. с англ. / А. Куско, М. Томпсон. М.: Додэка-XXI, 2008. 336 с.

3. Управление качеством электроэнергии / И. И. Карташев, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов [и др.]; под ред. Ю. В. Шарова. М.: Изд. дом МЭИ, 2006. 320 с.

4. Синтез фильтрокомпенсирующих устройств для систем электроснабжении: коллективная монография / II. П. Боярская, В. П. Довгун, Д. Э. Егоров [и др.]; под ред. В. П. Довгуна. Красноярск: СФУ, 2014. 192 с.

5. Розанов, Ю. К. Силовая электроника: учеб. для вузов / Ю. К. Розанов, М. В. Рябчицкий, А. А. Кваснюк. 2-е изд. М.: Изд. дом МЭИ, 2009. 632 с.

6. Asiminoaei, L. Detection is Key – Harmonic Detection Methods for Active Power Filter Applications / L. Asiminoaei, F. Blaabjerg, S. Hansen // IEEE Industry Application Magazine. 2007. Vol. 13, No 4. P. 22–33. https://doi.org/10.1109/mia.2007.4283506

7. Akagi, H. Active Harmonic Filters / H. Akagi // Proceedings of the IEEE. 2005. Vol. 93, No 12. Р. 2128–2141. https://doi.org/10.1109/jproc.2005.859603

8. Montero, V. Comparison of Control Strategies for Shunt Active Power Filters in Three-Phase Four-Wire Systems / V. Montero, E. Cadaval, G. González // IEEE Transactions on Power Electronics. 2007. Vol. 22, No 1. P. 229–236. https://doi.org/10.1109/tpel.2006.886616

9. Clarke, E. Circuit Analysis of A–C Power Systems. Vol I: Symetrical and Related Componentes / E. Clarke. NY: John Wiley and Sons, 1943.

10. Rafi, F. Improved Neutral Current Compensation With a Four-Leg PV Smart VSI in a LV Residential Network / F. Rafi, M. Hossain, J. Lu // IEEE Transactions on Power Delivery. 2017. Vol. 32, No 5. P. 2291–2302. https://doi.org/10.1109/tpwrd.2016.2602220

11. Адаптивные фильтры: пер. с англ. / под ред. К. Ф. Н. Коуэна, П. М. Гранта, Б. Фридлендер [и др.]. М.: Мир, 1988. 392 с.

12. Кей, С. М. Современные методы спектрального анализа / С. М. Кей, С. Л. Марпл-мл. // ТИИЭР. 1981. Т. 69, № 11. С. 5–51.

13. Марпл.-мл., С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: пер. с англ. / С. Л. Марпл.-мл. М.: Мир, 1990. 584 с.

14. Уидроу, Б. Адаптивная обработка сигналов: пер. с англ. / Б. Уидроу, С. Стирнз. М.: Радио и связь, 1989. 440 с.

15. Первенёнок, Р. Е. Способ управления силовым активным фильтром на основе адаптивной фильтрации / Р. Е. Первенёнок, А. Л. Сицко // Вестник ГГТУ имени П. О. Сухого. 2021. № 2. С. 74–85.

16. Первенёнок, Р. Е. Фазовая синхронизация в системе коррекции параметров питающего напряжения на основе применения адаптивной фильтрации / Р. Е. Первенёнок, А. Л. Сицко // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Сер. фіз.-техн. навук. 2021. Т. 66, № 2. С. 86–94. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-4-455-468

17. Синтез алгоритма векторной широтно-импульсной модуляции в девятифазном активном выпрямителе напряжения / С. B. Пантелеев, А. Н. Малашин, Д. В. Каркоцкий, Ю. В. Суходолов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 4. С. 334–345. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-4-334-345

18. Ролик, Ю. А. Обеспечение качества электрической энергии в системе электроснабжения при параллельной работе с ветроустановкой / Ю. А. Ролик, А. В. Горностай // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 3. С. 225–234. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2015-0-3-225-234