МОДЕЛЮВАННЯ ТА АНАЛІЗ ВПЛИВУ ЧАСУ ПРОВІДНОСТІ ТИРИСТОРІВ У ТРИФАЗНИХ КЕРОВАНИХ ВИПРЯМЛЯЧАХ НА ГАРМОНІЧНІ СПОТВОРЕННЯ В МЕРЕЖІ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1813-5420.1.2025.324268Ключові слова:
гармонійні спотворення, тиристорний випрямляч, загальний коефіцієнт гармонічних спотворень (THD), якість електроенергії, комп'ютерне моделюванняАнотація
Проблематика. Сучасні технології, пов’язані із силовою електронікою та мікропроцесорами, створюють нові виклики для забезпечення високої якості електричної енергії. Використання однофазних та трифазних випрямлячів для живлення навантажень часто призводить до спотворення форми струму, що негативно впливає на ефективність роботи обладнання та знижує експлуатаційні характеристики енергетичних систем. Головною проблемою є гармонічні спотворення, спричинені нелінійністю навантажень, які можуть погіршити якість електричної енергії та вплинути на працездатність трансформаторів і кабельних ліній. Мета дослідження. Метою дослідження є аналіз змін показників якості електроенергії при зміні кута керування тиристорами в трифазному несиметричному керованому мостовому випрямлячі. Дослідження проводиться за допомогою аналітичного розрахунку та комп'ютерного моделювання. Методика реалізації. Дослідження проводились на базі імітаційної моделі трифазного мостового несиметричного випрямляча. Для цього використовувались середовище MATLAB® та Simulink®, де проводили моделювання трьох випадків: без фільтра, з фільтром, але без врахування внутрішнього опору трансформатора, а також з фільтром і врахуванням внутрішнього опору трансформатора. Моделювання включало аналіз змін параметрів при різних кутах керування тиристорами. Результати дослідження. Встановлено, що збільшення кута керування призводить до зростання коефіцієнта гармонічних спотворень у мережі, що може перевищувати допустимі межі, визначені стандартами IEEE 519-2022 та ДСТУ EN 50160:2023. Також досліджено вплив LC-фільтрів на якість електроенергії, зокрема їхній негативний ефект у вигляді зменшення коефіцієнта потужності. Висновки. Зміна кута керування тиристорами впливає на якість електричної енергії, збільшуючи гармонічні спотворення та знижуючи коефіцієнт потужності. Отримані результати підкреслюють необхідність ретельного вибору параметрів керування випрямлячами та фільтрації гармонік для забезпечення відповідності нормативним вимогам. Важливою рекомендацією є врахування внутрішніх опорів трансформаторів при проектуванні таких схем, оскільки вони впливають на рівень спотворень струму та напруги в електричній мережі.
Посилання
Ostroverkhov, M. Y., Senko, V. I., Chibelis, V. I. (2021). Industrial electronics. Semiconductor AC to DC converters: Tutorial manual [Promyslova elektronika. Napivprovidnykovi peretvoryuvachi zminnoyi napruhy v postiynu: navch. posib.]. Kyiv. Igor Sikorsky KPI: LIRA – 341 P.
Singh, B., Chandra, A., & Al-Haddad, K. (2015). Power Quality Problems and Mitigation Techniques. New Jersey, USA, vol. 9781118922.
Rüstemli, S., Okuducu, E., Almali, M. N., & Efe S. B. (2015). Reducing the effects of harmonics on the electrical power systems with passive filters. Bitlis Eren University Journal of Science and Technology, vol. 5, doi: 10.17678/beujst.57339.
De La Rosa, F. C. (2015). Harmonics, Power Systems and Smart Grids. 2nd ed. Boca Raton, USA: CRC Press.
Sarathi, R., Oza, K. H., Kumar, C. L. G. P., & Tanaka, T. (2015). Electrical treeing in XLPE cable insulation under harmonic AC voltages. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 22, no. 6, pp. 3177–3185, doi: 10.1109/TDEI.2015.005022.
Gandhare, W. Z., & Patil, K. D. (2013). Effects of harmonics on power loss in XLPE cables. Energy and Power Engineering, vol. 5, pp. 1235–1239, doi: 10.4236/epe.2013.54B234.
Badri, J. A., Ruiz, J.-R. R., Garcia, A., Trujillo, S., & Marzàbal, A. (2024). Predicting the effect of voltage harmonic phase angle on transformer core losses. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 73, art. 6008609, doi: 10.1109/TIM.2024.3449933.
Lu, G., Zheng, D., Zhang, Q., & Zhang, P. (2022). Effects of converter harmonic voltages on transformer insulation ageing and an online monitoring method for interlayer insulation. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 37, no. 3, pp. 3504–3514, doi: 10.1109/TPEL.2021.3118020.
Deokar, S. A., & Waghmare, L. M. (2011). Impact of power system harmonics on insulation failure of distribution transformer and its remedial measures. 2011 3rd International Conference on Electronics Computer Technology, Kanyakumari, India, pp. 136–140, doi: 10.1109/ICECTECH.2011.5941817.
Hongbo, Q., Ran, Y., Weili, L., & Nan, J. (2015). Influence of rectifiers on high-speed permanent magnet generator electromagnetic and temperature fields in distributed power generation systems. IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 30, no. 2, pp. 655–662, doi: 10.1109/TEC.2014.2366194.
Barnes, R. (1989). Harmonics in power systems. Power Engineering Journal, vol. 3, no. 1, pp. 11–15.
Maslowski, W. A. (1993). Harmonics in power systems. Proceedings of IEEE 1993 Annual Textile, Fiber and Film Industry Technical Conference, Atlanta, GA, USA, pp. 11/1-1110, doi: 10.1109/TEXCON.1993.255776.
Tzeng, Y. S. (1998). Harmonic analysis of parallel-connected 12-pulse uncontrolled rectifier without an interphase transformer. IEE Proceedings – Electric Power Applications, vol. 145, no. 3, pp. 253–260.
Fukuda, S., Ohta, M., & Iwaji Y. (2008). An auxiliary-supply-assisted harmonic reduction scheme for 12-pulse diode rectifiers. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 3, pp. 1270–1277.
Jin, Y., Dong, K., & Zhao, J. (2024). Analysis of harmonic characteristics of the three-phase rectifier and the impacts on the power quality. International Conference on Electrical Technology and Automation Engineering. Journal of Physics: Conference Series 2803 (2024) 012010, doi: 10.1088/1742-6596/2803/1/012010
McCarty, M., Taufik, T., Pratama, A., & Anwari, M. (2009). Harmonic analysis of input current of single-phase controlled bridge rectifier. 2009 IEEE Symposium on Industrial Electronics & Applications, Kuala Lumpur, Malaysia, pp. 520–524, doi: 10.1109/ISIEA.2009.5356404.
Michalec, Ł., Jasiński, M., Sikorski, T., Leonowicz, Z., Jasiński, Ł., & Suresh, V. (2021). Impact of harmonic currents of nonlinear loads on power quality of a low voltage network–review and case study. Energies, vol. 14, no. 12, art. 3665, doi: 10.3390/en14123665.
Ojo, K., Awodele, A., & Sebitosi, A. (2019). Power quality monitoring and assessment of a typical commercial building. 2019 IEEE AFRICON, Accra, Ghana, pp. 1–6, doi: 10.1109/AFRICON46755.2019.9133970.
IEEE 519-2022. (2022). IEEE Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers.
DSTU EN 50160:2023. (2023). Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks [Kharakterystyky napruhy elektropostachannya v elektrychnykh merezhakh zahalʹnoyi pryznachenosti] (EN 50160:2022, IDT). Kyiv: DP “UkrNDNTS”.
MATLAB for Artificial Intelligence. URL: https://www.mathworks.com/ (January, 31.2025).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
