Анализ эффективности способов обеспечения электромагнитной совместимости электроприводов с активными выпрямителями в условиях реального производства
А.А. Николаев, И.Г. Гилемов, М.В. Буланов, В.С. Ивекеев
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 6, сс. 67—74
Скачать PDF
Состояние вопроса. При эксплуатации электроприводов на базе преобразователя частоты с активным выпрямителем возможно существенное ухудшение качества напряжения во внутризаводской сети в случае наложения высокочастотных гармоник тока электропривода на резонансную область частотной характеристики сети. В связи с активным внедрением в последние десятилетия таких электроприводов на металлургических заводах используются различные способы обеспечения электромагнитной совместимости преобразователей частоты с питающей сетью. Целью настоящего исследования является анализ эффективности способов обеспечения электромагнитной совместимости электроприводов с активными выпрямителями в условиях реального производства.
Материалы и методы. Проверка эффективности различных способов улучшения показателей качества электроэнергии в распределительной системе электроснабжения предприятия осуществлена на разработанной комплексной имитационной модели системы электроснабжения и электроприводов прокатного стана, которая учитывает параметры основных элементов электротехнического комплекса, а также данные экспериментальных исследований, полученные с помощью анализаторов качества электроэнергии Fluke 435 и ELSPEC G4430.
Результаты. Рассмотрены два способа обеспечения электромагнитной совместимости преобразователя частоты с активным выпрямителем. Установлено, что применение усовершенствованных алгоритмов широтно-импульсной модуляции активного выпрямителя позволяет снизить величину суммарного коэффициента гармонических составляющих в точке общего присоединения KU на 40,1 % (до 8,08 %), установка специализированного пассивного фильтра мощностью 9000 кВАр позволяет достичь значительно большего технического эффекта (KU = 0,42 %).
Выводы. Полученные результаты показывают, что для рассматриваемого предприятия оптимальным вариантом обеспечения требуемых показателей качества электроэнергии является применение специализированного пассивного фильтра. Однако данный вариант потребует значительных капитальных и эксплуатационных затрат. Адекватность имитационной модели подтверждена экспериментальными данными и предыдущими исследованиями.
1. Retrofit of a Hot Rolling Mill Plant with Three-Level Active Front End Drives / G.A. Orcajo, J.R. Diez, J.M.C. Rodriguez, et al. // IEEE Transactions on Industry Applications. – May-June 2018. – Vol. 54, no. 3. – P. 2964–2974. DOI: 10.1109/TIA.2018.2808159.
2. Маклаков А.С. Имитационное моделирование главного электропривода прокатной клети толстолистового стана 5000 // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. – 2014. – № 3. – С. 16–25.
3. Resonances in a High-Power Active-Front-End Rectifier System / J. Pontt, G. Alzamora, R. Huerta, N. Becker // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2005. – Р. 482–488.
4. O'Brien K., Teichmann R., Bernet S. Active rectifier for medium voltage drive systems // Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2001. APEC 2001. Sixteenth Annual IEEE. – 2001. – Р. 557–562.
5. Franquelo L.G., Nápoles J. A Flexible Selective Harmonic Mitigation Technique to Meet Grid Codes in Three-Level PWM Converters // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – December 2007. – Vol. 54, no. 6.
6. Jing T., Maklakov A., Radionov A. Two Selective Harmonic Control Techniques Applied in 10 kV Grid with Three-Level NPC Inverter // 2019 IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI). – Magnitogorsk, 2019. – Р. 75–79. DOI: 10.1109/PEAMI.2019.8915413.
7. Обеспечение электромагнитной совместимости мощных электроприводов четырехклетьевого стана ППП ХП ЧерМК ПАО «Северсталь» с питающей сетью 10 кВ / А.А. Николаев, И.Г. Гилемов, М.В. Буланов и др. // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. – 2021. – Т. 12, № 1. – С. 65–74.
8. Экспериментальные исследования качества электроэнергии в сети 34,5 кВ металлургического завода ЗАО «MMK Metalurji» / А.А. Николаев, И.Г. Гилемов, С.А. Линьков, М.С. Светлаков // Электротехнические системы и комплексы. – 2022. – № 3(56). – С. 44–53. DOI: 10.18503/2311-8318-2022-3(56)-44-53.
9. Moeini A., Zhao H., Wang S. A current reference based selective harmonic current mitigation PWM technique to improve the performance of cascaded H-bridge multilevel active rectifiers // IEEE Trans. Ind. Electronics. – 2018. – Vol. 65. – Р. 727–737.
10. Optimal selective harmonic control for power harmonics mitigation / K. Zhou, Y. Yang, F. Blaabjerg, D. Wang // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2015. – Vol. 62, no. 2. – P. 1220–1230.
11. Повышение качества электроэнергии в системах электроснабжения прокатных станов с использованием преобразователей частоты с активными выпрямителями за счет применения специализированных пассивных фильтров / А.А. Николаев, М.Ю. Афанасьев, И.Г. Гилемов, М.В. Буланов // Вестник ИГЭУ. – 2023. – Вып. 1. – С. 41–52. DOI: 10.17588/2072-2672.2023.1.041-052.