Моделирование работы активного фильтра гармоник в электрической сети под нагрузкой с нелинейной вольт-амперной характеристикой

Аннотация

Для задач электроэнергетики и электропривода предложен модернизированный вариант активного фильтра, основная область применения которого — электроэнергетика. В работе уделено внимание применению активных фильтров в составе частотно-регулируемого электропривода, содержащего вариант силовой схемы «неуправляемый выпрямитель – звено постоянного тока с конденсатором и тормозной цепью — автономный инвертор напряжения». Рациональной сферой применения активных фильтров в частотно-регулируемом электроприводе является область высоковольтных, мощных электроприводов, например для буровых установок, насосов и компрессоров газоперекачивающих агрегатов. Еще одна задача, рассматриваемая в работе, — выработка рекомендаций по модернизации двухуровневых автономных инверторов напряжения в составе частотного электропривода в виде замены на многоуровневые, в первом приближении — трехуровневые. Такая замена позволяет уменьшить негативный эффект широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора на двигатель, увеличить его долговечность, снизить необходимость в использовании дорогостоящих частотно-регулируемых двигателей с улучшенной изоляцией и непроводящими керамическими подшипниками. Комплексное устройство, содержащее в своем составе частотно-регулируемый электропривод с многоуровневым инвертором напряжения и активный фильтр с предлагаемым модернизированным алгоритмом управления, представляет собой усовершенствованную систему управления электропривода. Такая схема щадяще воздействует на объект управления —асинхронный двигатель и не вносит существенные искажения в питающую сеть. В работе средствами моделирования в системе компьютерной математики MatLab исследован модернизированный вариант управления активным фильтром, в котором используется высокоскоростное вычислительное устройство. С помощью него выделяются первые гармоники трех фаз сетевых токов. Выделенный сигнал применяется в качестве задания для организации алгоритма управления активным фильтром. В отличие от известных вариантов, настраиваемых на определенный достаточно узкий спектр гармонических искажений, предлагаемый способ расширяет область применения активного фильтра для объектов и устройств с различными типами искажений. При этом появляется дополнительная возможность проектирования фильтра для частотно-регулируемых электроприводов с учетом только показателей мощности искажений. На представленном примере частотно-регулируемого электропривода газоперекачивающего агрегата сопоставлено качество сигналов сетевых токов и напряжений с нормами действующих стандартов. В итоге получено, что применение модернизированного алгоритма управления активным фильтром позволяет повысить среднее значение коэффициента мощности с 0,975 до 0,99, а также значительно улучшить качество и синусоидальность сетевых фазных токов.