Content uploaded by Svetlana Podnebennaya
Author content
All content in this area was uploaded by Svetlana Podnebennaya on Jun 26, 2017
Content may be subject to copyright.
Available via license: CC BY-SA 4.0
Content may be subject to copyright.
13
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
Рисунок 2 – Конфигурация схемы на базе устройства ТПК
УДК 621.316.727
Бурлака В. В.
1
, Гулаков С. В.
2
, Поднебенная С. К.
3
, Савенко О. С.
4
1
Канд. техн. наук, докторант кафедры «Металлургия и технология с варочного производства», ГВУЗ «Приазовский
государственный технический университет», Украина, E-mail: vburlaka@rambler.ru
2
Доктор техн. наук, профессор, декан сварочного факультета, ГВУЗ «Приазовский государственный тех ническ ий
университет», Украина
3
Канд. техн. наук, доцент кафедры электрификации промышленных предприятий, ГВУЗ «П риазовский государственный
технический университет», Украина
4
Секретарь сборника «Вестник Приазовского государс твенного техниче ского университета»,
ГВУЗ «Приазовский государственный технич еский университет», Ук раина
ГИБРИДНЫЙ КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
Предложено схемное решение гибридного компенсатора реактивной мощности, состоящего из последова-
тельного активного фильтра и батареи конденсаторов (БК) с тиристорным переключением ступеней, что
позволяет «изолировать» БК от токов высших гармоник и обеспечить плавное регулирование реактивной
мощности. Рассмотрены вопросы выбора соотношений между емкостями ступеней БК, позволяющих мини-
мизировать установленную мощность активного фильтра и количество ступеней в БК.
Ключевые слова: компенсация реактивной мощности, батарея конденсаторов, последовательный актив-
ный фильтр, конденсаторы с тиристорным переключением.
ВВЕДЕНИЕ
Наличие перетоков реактивной мощности (РМ) в сети
приводит к сокращению срока службы оборудования,
росту потерь электроэнергии и уменьшению пропуск-
ной способности сети в целом. Общеизвестные методы
компенсации РМ имеют ряд недостатков: синхронные
компен саторы требуют установ ки большого колич ества
вспомогательного оборудования, БК с фиксированной
емкостью не имеют возможности регулирования, а БК с
механическими коммутаторами не обеспечивают непре-
рывности регулирования и не обладают необходимой
скоростью реакции (переключения). Поэтому в совре-
менных электрических сетях уровня напряжения 0,4 кВ
на смену указанным устройствам приходят усоверш ен-
ствованные ком пен с ат ор ы реактивной мощности (КРМ),
не содержащие в своем составе вращающихся машин и
механических контактов.
Актуальным решением проблемы компенсации РМ
является использование компенсатор ов с тиристорным
управлением, статических ком пенс аторов и активных
фильтров. К компенсатор ам с тиристорным упра влени-
ям относятся тиристорно-управляемые реакторы (ТУР)
и тиристорно-переключаемые конден саторы (ТПК) [1].
В состав уст ройства ТУР входят конденсатор фикси-
рованной емкости и реактор с тиристорным управлени-
ем (рис. 1).
Изменением угла открытия тиристоров можно регу-
лировать действующий ток реактора, что эквивалентно
регулированию его индуктивности. Такие КРМ позволя-
ют добиться непрерывности процесса управления, об-
ладают высоким быстродействием и практически пол-
ным отсутствием переходных процессов, однако, по-
скольку ТУР являются источниками токов высших гар-
моник, они требуют уста новки дополнительных фильт-
рокомпенсирующих устройств [2]. Одним из примеров
практической реализации такого устройства являются
тиристорные компенсаторы реактивной мощности се-
рии ТКРМ, которы е разработаны ОАО «НИИ Преобра-
зователь» (г. Запорожье, Украина).
Рисунок 1 – Конфигурация схемы на базе ТУР
ТПК (рис. 2) состоит из БК с тиристорным переклю-
чением ступеней и дросселей, служащих для ограниче-
Бурла ка В. В., Гула ков С. В., Поднебенная С. К., Савенко О. С., 2014
©
L
CSW
1
T
1
L
4C
SW
3
T
1
C
SW
1
2C
SW
2
8C
SW
4
LLL
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
14
ISSN 1607
–
6761. Електротехніка та електроенергетика. 2014. № 2
ния скорости изменения тока тиристоров и/или рас-
стройки БК для предотвращения резонансов. Для обес-
печения «мягкого» включения тиристоров переключе-
ние производится в момент равенства напряжения сети
и напряжения на конденс аторе.
Уст р о й ст в а на базе ТПК обладают возможностью сту-
пенчато регулировать реактивную мощность, высоким бы-
стродействием и не генерируют высшие гармоники в сеть.
В ТПК эффективным решением является установка
емкости ступеней БК пропорционально степеням двой-
ки (рис. 2) [1]. Это дает возможность при n ступенях БК
получить 2
n
ступеней регулирования. Например, для схе-
мы, котора я включает 4 конд енсатора с реактивными
мощностями 1, 2, 4 и 8 кВАр, можно получить 16 ступе-
ней регулирования – от 0 до 15 кВАр с шагом 1 кВАр.
Существенным недостатком рассмотренных уст-
ройств также является то, что БК подвержены негатив-
ному воздействию высших гармонических составляю-
щих, присутствующих в сетевом напряжении. Работа в
условиях несинусоидальности кривой тока БК может
приводить к резонансным перенапряжениям, токовой
перегрузке и, как следствие, перегреву батарей и выхо-
ду их из строя.
Обеспечить бесступенчатое регулирование реактив-
ной мощности можно путем включения последователь-
но с БК регулируемого реактивного сопротивления. Бо-
лее того, выполнив это сопротивление с максимумом
импеданса на частотах высших гармоник, можно добить-
ся значительного снижения уровня гармоник в токе БК.
Реализовать такое реактивное сопротивление можно с
помощью последовательного активного фильтра (АФ ) [3, 4].
АФ в подавляющем большинстве случаев выполнен в виде
автономного инвертора напряжения (АИН) с накопитель-
ным конденсатором большой емкости в цепи постоянно-
го тока и LC-фильтром нижних частот в цепи переменного
тока. Схема силовой части такого гибридного КРМ приве-
дена на рис. 3, здесь SW – ключи, выполненные из двух
встречно-параллельно включенных тиристоров. БК в со-
ставе гибридного КРМ рис. 3 имеет m ступеней.
Упр а вле ние гибридным КРМ [4] осуществляется из
условия обеспечения единичного коэффициента мощно-
сти ком плекс а «гибридный КРМ + наг рузка». Для этого в
системе упра в ления производится вычисление реактив-
ной мощности нагрузки и формирование задания на ток
гибридного КРМ. При этом регулирование реактивной
мощности осуществляется по разомкнутой схеме – без
обратной связи. Эта особенность требует повышенной
точности работы узла вычисления реактивной мощности
нагрузки и контура регулирования выходного тока гиб-
ридного КРМ. Кроме того, для выделения сигнала основ-
ной гармоники в системе упра вления [4] использованы
полосовые фильтры, при этом не проведена оценка влия-
ния их ФЧХ на точность компенсации реактивной мощно-
сти при изменении частоты сети.
Рисунок 3 – Схема гибридного КРМ
сеть
R
A
L
A
e
сC
(t)
АФ
U
DC
U
mp
i
kA
(t)
i
нC
(t)
i
сB
(t)
L
FA
VT
1А
VD
1А
VT
2А
VD
2А
C
DC
i
kB
(t)
L
FB
VT
1В
VD
1В
VD
2В
i
kC
(t)
L
FC
VT
1С
VD
1C
VD
2C
VT
2В
VT
2C
U
mp
U
mp
С
FAB
С
FBC
С
FCA
C
mA
SW
1A
SW
mA
C
1A
C
mB
SW
1B
SW
mB
C
1B
C
mC
SW
1C
SW
mC
C
1C
Z
HA
Z
HB
Z
HC
e
сB
(t)
e
сA
(t)
R
B
R
C
L
B
L
C
i
сC
(t)
i
сA
(t)
i
нB
(t)
i
нA
(t)
15
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
Целью исследования является создание гибридного
КРМ, свободного от указанных недостатков. Для этого
контур управления реактивной мощности сделан замк-
нутым, что снижает требования к точности работы кон-
тура регулирования выходного тока КРМ; для выделе-
ния сигна ла основной гармоники вместо полосовых
фильтров использована петля фазовой автоподстройки
частоты (Phase Locked Loop – PLL); решен вопрос вы-
бора емкостей ступеней БК из условия обеспечения не-
прерывного регулирования реактивной мощности при
минимизации установленной мощности активного филь-
тра в составе гибридного КРМ.
Материал исследования. На схеме замещения гибрид-
ного КРМ для частот, значительно меньших, чем частота
переключения ключей инвертора АФ , последний может
быть представлен в виде источника ЭДС e(t) (рис. 4).
e(t)
Z
с
e
с
(t)
u
c
(t)
C
i
k
(t)
Z
H
u(t)
Сеть КРМ
Рисунок 4 – Схема замещения КРМ с АИН
i
З
(t)
i
К
(t)
U
REF
U
DC
P
sin
÷
t
i
c
(t)
sin(
÷
t-90
o
)
ФНЧ
I
qc
I
qREF
Регулятор
I
q
I
q
i
p
(t)
i
q
(t)
PLL
u
c
(t)
2
2
Регулятор
напряжения
РН
Регулятор
тока
РТ
U
mp
U
DC
/2
Регулятор
U
mp
i
кор
(t)
К силовым
ключам
К остальным
фаза м
i
вых
(t)
Контур тока КТ
Регулятор
распределения
Q
БК
Рисунок 5 – Структурная схема системы управления КРМ
Структурная схема системы управления КРМ пред-
ставлена на рис. 5. Применено гистерезисное упр авле-
ние инвертором с обратной связью по току (см. контур
тока КТ, рис. 5). Ток задания ()
З
it определяется как сум-
ма синфазной )(ti
P
и квадратурной составляющих
)
(
t
iq.
Формирование синфазной составляющей тока зада-
ния осуществляется регулятором напряжения звена по-
стоянного тока D
C
U. Этот ток имеет небольшую вели-
чину, так как потребляемая АФ активная мощность рас-
ходуется только на потери в нем. По этой причине при
дальнейшем анализе свойств гибридного КРМ этим то-
ком можно пренебречь.
Блок PLL предназначен для выделения из напряжения
сети синфазной и квадратурной комп онент основной ча-
стоты. Эти сигналы используются для формирования син-
фазной и квадратурной составляющих тока задания.
Выделение квадратурной компоненты тока сети осу-
ществляется путем перемножения с эталонным сигна-
лом с PLL и последующей низкочастотной фильтраци-
ей. В качестве ФНЧ использован sinc-фильтр первого
порядка с интервалом интегрирования, равным перио-
ду сети. Полученный таким образом сигнал I
qc
поступа-
ет на сумматор вместе с током задания I
qREF
. Использо-
вание ненулевого I
qREF
позволяет осуществлять режимы
перекомпенсации либо недокомпенсации РМ. Разно-
стный сигнал является входным для регулятора амплиту-
ды реактивного тока I
q
, в ыходной сигнал которого ис-
пользуется для формирования i
q
(t).
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
16
ISSN 1607
–
6761. Електротехніка та електроенергетика. 2014. № 2
Регулятор распределения Q выполняет перераспре-
деление мощности между БК и АФ по условию миними-
зации мощности АФ, т.е. выбирается такая емкость БК,
при которой для заданной реактивной мощности выход-
ное напряжение АФ будет минимально.
Поддержание среднего значения напряжения в сред-
ней точке полумостов на уровне
DC
U⋅5.0 относитель-
но отрицательной шины звена постоянного тока АФ осу-
ществляется регулятором mp
U
, в ыходной сигнал которо-
го представляет собой ток коррекции
()
кор
it
. Здесь дос-
таточно П-регулятора с небольшим коэффициентом уси-
ления. Без этого регулятора неизбежно появление на БК
неконтролируемой постоянной составляющей напряже-
ния, что приведет к невозможности обеспечения кор-
ректного управления током КРМ.
Поскольку в системе управления АФ в КРМ исполь-
зовано токовое управление, в схеме замещения актив-
ный фильтр как управляемый источник ЭДС можно за-
менить упра вляемым источником тока (рис. 6).
Z
с
i
k
(t) Z
H
КРМ
Сеть
u
c
(t)
u(t) u
ист
(t)
e
c
(t) С
Рисунок 6 – Схема замещения КРМ с управляемым
источником тока
Так как в спектре источника тока имеется только ос-
новная частота сети, батарея кон денс аторов будет изо-
лирована от высших гармоник, присутствующих в сете-
вом напряжении.
Экономически целесообразным для гибридного КРМ
является уменьшение выходного напряжения АФ, что
позволяет выполнить его на низковольтной элементной
базе, тем самым повысить экономическую (сниз ить
цену) и энергетическую (снизить потери) эффективность.
АНАЛИЗ РЕГУЛИРОВОЧНЫХ СВОЙСТВ
КРМ
Выходную ЭДС АФ на основной частоте сети от на-
пряжения сети примем пропорциональной сетевому
напряжению:
1
,ЕU=Δ⋅ (1)
где Δ – коэффициент пропорциональности между на-
пряжением сети и ЭДС АФ, может принимать значения
от
макс
−Δ до
макс
+
Δ
;
1
U – составляющая напряжения
сети на основной частоте, В.
Реактивная мощность гибридного КРМ, в соответ-
ствии с [5], рассчитывается следующим образом:
ckk
UIIEQ ⋅+
⋅
=
,(2)
где
k
I
– составляющая тока ком пенс атора на основной
частоте;
c
U
– напряжение на БК.
Ток КРМ рассчитывается как
1
k
C
UE
IX
−
=
,(3)
а напряжение на конденсатор е
EUU
c
−
=
1
.(4)
Тогда
).(
1c
C
UE
X
EU
Q+⋅
−
=
(5)
В результате математических преобразований полу-
чим выражение для расчета величины максимальной
реактивной мощности n-ой ступени, которую генериру-
ет КРМ:
2
макс 1макс
2(1)
nn
QfCU=⋅π⋅⋅ ⋅ ⋅+Δ
,(6)
а минимальной генерируемой РМ на (n+1)-ой ступени:
2
(1)мин 1макс
2(1)
nn
QfCU
+
=⋅π⋅⋅ ⋅ ⋅−Δ
.(7)
Для гибридного КРМ, в котором использована БК с
емкостями ступеней, пропорциональными степени двой-
ки, при D
макс
= 0,1 получается регулировочная характе-
ристика, показанная на рис. 7. Видно, что при малых но-
мерах ступеней регулирования БК в регулировочной ха-
рактеристике появляются разрывы, что приводит к сни-
жению точности компенсации РМ.
Рисунок 7 – Регулировочная характеристика гибридного
КРМ с БК, емкость ступеней которой установлена
пропорционально степеням двойки (D
max
= 0,1)
17
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
Для устранения разрывов необходимо либо увели-
чивать величину уст ановленной мощности АФ, либо
увеличивать коли чество ступеней БК, что ухудшает тех-
нико-экономические показатели КРМ.
Плавности регулирования РМ можно добиться при
условии выполнения равенства:
(1)мин максnn
QQ
+
=
,(8)
Из выражений (5) – (8) следует соотношение ступе-
ней емкостей БК [6]:
1max
max
,
n
n
CUE
CUE
++
=−
(9)
где
1+n
C
– емкость ступени БК с номером )1(
+
n,
n
C
–
емкость ступени БК с номером n,
max
E
– максимальноее
выходное напряжение АФ на основной частоте, В,
U
–
составляющая напряжения сети на основной частоте, В.
Приняв
max
max
UE q
UE
+=
−, получим следующее выражение:
1
.
nn
CCq
+
=⋅ (10)
Таким образом, для обеспечения бесступенчатого
регулирования РМ емкости ступеней БК должны изме-
няться в геометрической прогрессии.
Экспериментальное опробование проведено на од-
нофазном гибридном КРМ с диапазоном регулирова-
ния реактивной мощности от 2,1 кВАр до 13,8 кВАр при
напряжении сети 220 В. Максимальное выходное напря-
жение АФ составляет 22 В (10 % сетевого, т.е. D
max
= 0,1).
Величины необходимых емкостей ступеней БК соответ-
ственно равны 150 мкФ, 183 мкФ, 223 мкФ, 273 мкФ, 333
мкФ, 406 мкФ, 496 мкФ, 605 мкФ, 738 мкФ, 900 мкФ. Что-
бы не устанавливать БК большой емкости, необходимая
величина набирается путем одновременного включения
нескольких конденсатор ов меньшей емкости. В состав
схемы входят 10 конденсатор ов с емкостями 150 мкФ,
Конденсатор С1 С2 С3 С4 С5 С6 С7 С8 С9 С10
Емкость, мкФ 150 33 40 50 60 73 90 109 133 162
Номер ступени БК Включенные конденсаторы (+)
1 +
2 + +
3 + + +
4 + + + +
5 + + + + +
6 + + + + + +
7 + + + + + + +
8 + + + + + + + +
9 + + + + + + + + +
10 + + + + + + + + + +
33 мкФ, 40 мкФ, 50 мкФ, 60 мкФ, 73 мкФ, 90 мкФ,
109 мкФ, 133 мкФ, 162 мкФ. Включение конденсаторов
осуществляется с помощью встречно-параллельно со-
единенных тиристоров, что позволяет получить десять
ступеней непрерывного регулирования мощности КРМ
(табл. 1).
Таблица 1 – Таблица истинности включения конденсаторов ступеней
Рассмотренный подход позволяет уме ньш ить коли-
чество используемых конденсатор ов и целесообразен
для применения в случаях, когда установленная мощ-
ность АФ составляет менее 20 % от мощности КРМ.
Для уменьшения количества ступеней БК соотношение
их емкостей может быть выбрано следующим образом [6]:
,1 11
n
n
k
n
n
C
C
C
C++ +=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
(11)
где
k
– целое число не меньше 2.
При выполнении этого условия емкость ступени с
номером
k
может быть реализована путем параллель-
ного включения ступеней с номерами 0 и 1; емкость сту-
пени с номером (
k+
1) – включения ступеней с номера-
ми 1 и 2 и т.д.
Выражения (11) и (9) однозначно определяют зависи-
мость между числом
k
и коэффициентом
max
Δ
, кото-
рый, в свою очередь, определяет установленную мощ-
ность АФ. В таблице 2 представлены результаты опреде-
ления соотношений емкостей ступеней БК и коэффици-
ента
max
Δ
для значений
k
от 2 до 6.
№
п/п k
1n
n
С
C
+
max
Δ
1 2 1,618 0,236
2 3 1,325 0,139
3 4 1,221 0,1
4 5 1,167 0,077
5 6 1,134 0,067
Таблица 2 – Таблица соответствия значений соотношения
емкостей ступеней БК и коэффициента
max
Δ
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
18
ISSN 1607
–
6761. Електротехніка та електроенергетика. 2014. № 2
Экспериментальная проверка выполнена на однофа з-
ном гибридном КРМ с 4 конденсаторами емкостью
150 мкФ, 183 мкФ, 223 мкФ, 273 мкФ (т.е.
k
= 4, D
max
= 0,1).
В этом случае десять ступеней непрерывного регулиро-
вания мощности гибридного КРМ были получены пу-
тем соединения в параллель конденс аторов в различных
комбинациях в соответствии с табл. 3. Например, для по-
лучения емкости пятой ступени необходимо совмест-
ное включение конденс аторов первой и второй ступени,
емкости шестой ступени – конденсаторов второй и тре-
тьей ступени и т.д. При этом комбинации для девятой и
десятой ступени не могут быть рассчитаны по выраже-
нию (11), однако получение этих ступеней возможно
при включении конден саторов в комбинациях, указан-
ных в табл. 3. Диапазон изменения реактивной мощнос-
ти гибридного КРМ составляет от 2,1 кВАр до 13,8 кВАр
при напряжении сети 220 В.
Конденсатор С1 С2 С3 С4
Емкость, мкФ 150 183 223 273
Номер ступени
батареи
конденсаторов
Включенные конденсаторы (+)
1 +
2 +
3 +
4 +
5 + +
6 + +
7 + +
8 + + +
9 + + +
10 + + + +
Таблица 3 – Таблица истинности включения конденсаторов БК
Изложенный подход позволяет значительно сократить
количе ство конден сатор ов в составе батареи и эффекти-
вен при небольшой установленной мощности АФ.
ВЫВОДЫ
1. Предложен гибридный КРМ, состоящий из после-
довательно соединенных БК с тиристорным переключе-
нием и АФ, что позволило «изолировать» БК с тирис-
торным переключением от токов высших гармоник и
обеспечить плавность регулирования.Статья поступила в редакцию 15.08.2014.
После доработки 09.12.2014.
2. Представлены два варианта выбора соотношения
между емкостями ступеней БК. Использование первого
варианта позволяет обеспечить непрерывность регулиро-
вания мощности гибридного КРМ при сниженной ус та -
новленной мощности АФ. Использование второго ва ри-
анта позволяет значительно сократить кол ич е ство конден-
саторов в составе БК, однако его эффективность обеспе-
чивается при небольшой установленной мощности АФ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Reactive Power Compensation Technologies, State-of-
the-Art Review / [J. W. Dixon, L. Moran, J. Rodr guez,
R. Domke ] // Proceedings of the IEEE. – 2005. – Vol. 93,
Dec. № 12. – Р. 2144–2164
2. Давидов О. Ю. Аналіз засобів компенсації реактив-
ної потужності в електротехнічних системах / О. Ю.
Давидов, О. В. Бялобржеський // Вісник Кременчуць-
кого національного університету імені Михайла Ос-
троградського. – 2010. – Вип. 3 (62). – С. 132–136.
3. A Full Compensating System for General Loads, Based
on a Combination of Thyristor Binary Compensator,
and a PWM-IGBT Active Power Filter / J. W. Dixon,
Y. del Valle, M. Orchard, M. Ort zar, L.Mor n and
C. Maffrand // IEEE Transactions on Industrial
Electronics. – 2003 . – Vol. 50, Oct. – № 5. – P. 982–989.
4. Patent US 6,876,179 B2 USA, Int. Cl. G05F 1/70; H02M
1/12. Hybrid Reactive Power Compensation Device; UIS
Abler Electr onics Co., Ltd., Taipei Hsien (TW). – № 10/
424,707; filed 29.04.2003; publ. 05.04.2005.
5. IEEE Standard 1459-2010. Definitions for the
Measurement of Electric Power Quantities Under
Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced
Conditions. – Approved 2010-2-2. – IEEE-SA Standards
Board, 2010. – 72 p.
6. Пат. 10 6174 Ук ра ї н а , МПК G05F 1/70 (2006.01 ) H02J 3/
18 (2006.01). Спосіб компенсації реактивної потуж-
ності / В. Бурлака, С. Гулаков, С. Поднебенна; Дер-
жавний вищий навчальний заклад «Приазовський
державний технічний університет». – а 2013 10826;
заявл. 09.09. 2013; опубл. 10. 09.2014, Бюл. № 17.
Бурлака В. В.
1
, Гулаков С. В.
2
, Поднебенна С. К.
3
, Савенко О. С.
4
1
Канд. техн. наук, докторант кафедри «Металургія та обладнання зварювального виробництва», ДВНЗ «При-
азовський державний технічний університет», Украина, E-mail: vburlaka@rambler.ru
2
Доктор техн. наук, профессор, декан зварювального факультету, ДВНЗ «Приазовський державний техніч-
ний університет», Украина.
3
Канд. техн. наук, доцент кафедри електрифікації промислових підприємств, ДВНЗ «Приазовський держав-
ний технічний університет», Украина.
4
Секретар збірника наукових праць «Вісник Приазовського державного технічного університету», ДВНЗ
«Приазовський державний технічний університет», Украина.
КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ З ПЛАВНИМ РЕГУЛЮВАННЯМ
Розглянуто широко використовувані пристрої компенсації реактивної потужності (ПКРМ) – батареї
конденсаторів (БК) з тиристорним перемиканням, проведено аналіз їх недоліків: вплив вищих гармонік при
несинусоїдальній напрузі мережі, неможливість забезпечити плавність регулювання. Запропоновано схемне
рішення УКРМ, що складається з послідовного активного фільтра і БК із ступінчастим перемиканням, що
дозволяє «ізолювати» БК від струмів вищих гармонік і забезпечит и плавне регулювання реактивної потуж-
í
ú
á
19
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
ності. Розглянуто питання вибору співвідношень між ємностями ступенів БК, що дозволяють мінімізувати
встановлену потужність активного фільтра і кількість ступенів у БК.
Ключові слова: пристрій компенсації реактивної потужності (ПКРМ), батарея конденсаторів (БК), по-
слідовний активний фільтр (АФ ), конденсатори з тиристорним перемиканням (ТПК).
Burlaka V. V.
1
, Gulakov S. V.
2
, Podnebennaya S. K.
3
, Savenko O. S.
4
1
Ph.D., doctoral student, Department of Metallurgy and Welding Technology, State Higher Educational Institution
«Pryaz ovskyi State Technical U niversity», U kraine, E-m ail: vburlaka@rambler.ru.
2
Doctor of science, Professor, Dean of the Faculty of Welding, State Higher Educational Institution «Pryazovskyi
State Technical University», Ukraine.
3
Ph.D., Associate Professor, Department of electrification of industrial enterprises, State Higher Educational Institution
«Pryazovskyi State Technical Un iversity», Ukraine.
4
Secretary of the «Reporter of the Pryazovskyi State Technical University», State Higher Educational Institution
«Pryazovskyi State Technical Un iversity», Ukraine.
REACTIVE POWER COMPENSATOR WITH SMOOTH CONTROL
Reactive power compensation devices are widely used: thyristor-control reactors (TCR) and thyristor-switched
capacitors (TSC). The TCR disadvantages are discussed. The TSC disadvantages are: influence of higher harmonics on
nonsinusoidal voltage power system, the inability to ensure the smooth regulation. The proposed reactive power compensator
consists of series with active filter and capacitors with step switch. Reactive power compensator’s control system is
proposed. Hysteretic control of the inverter with current feedback is applied. DC-voltage regulator provides balance of
active power. The control system allows overcompensation or undercompensation of reactive power modes. Reactive
power distribution regulator performs the redistribution of power between switching capacitors and active filter.
Minimization cond ition of this regulator is active filter’s power. Adjustment properties of reactive power compensator are
analyzed. The choice of relations between the capacitors TSC steps to minimize the installed capacity of the active filter and
the number of stages in TSC is considered. The approach that makes possible to «isolate» capacitors from harmonic
currents and provide smooth control of reactive power is proposed.
Keywords: reactive power compensation device, capacitor, series active filter (AF), thyristor switching capacitors
(TSC ).
REFERENCES
1. Dixon J. W., Moran L., Rodrнguez J., Domke R. Reactive
Power Compensation Technologies, State-of-the-Art
Review,
Proceedings of the IEEE
, 2005, Vol. 93, Dec. ,
No. 12, pp. 2144–2164
2. Davidov O.Yu. Byalobrzheskiy O.V. Analiz zasobiv
kompensatsii reaktivnoii potuzhnosti v elektrotehnichnih
sistemah,
Visnik Kremenchutskogo natsionalnogo
universitetu imeni Mi hayla Ostrogradskogo
, 2010, Vip.
3(62), S. 132–136.
3. Dixon J. W., del Valle Y., Orchard M., Ort zar M., Mor n
L. and Maffrand C. A Full Compensating System for
General Loads, Based on a Combination of Thyristor
Binary Compensator, and a PWM-IGBT Active Power
Filter,
EEE Transactions on Industrial Electronics,
2003, Vol.50, Oct., No. 5, pp. 982–989
4. Patent US 6,876,179 B2 USA, Int. Cl. G05F 1/70; H02M
1/12. Hybrid Reactive Power Compensation Device; UIS
Abler Electr onics Co., Ltd., Taipei Hsien (TW). – № 10/
424,707; filed 29.04.2003; publ. 05.04.2005.
5. IEEE Standard 1459-2010. Definitions for the
Measurement of Electric Power Quantities Under
Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced
Conditions, Approved 2010-2-2, IEEE-SA Standards
Board, 2010, 72 p.
6. Burlaka V., Gulakov S., Podnebenna S. Pat. 106174
Ukraine, MPK G05F 1/70 (2006.01) H02J 3/18 (2006.01).
Sposib kompensatsii reaktivnoi potuzhnosti;
Derzhavniy vischiy navchalniy zaklad «Priazovskiy
derzhavniy tehnichniy universitet», a 2013 10826;
zayavl. 09.09.2013; opubl. 10.09.2014, Bul. № 17.
ú
á
