DOI: https://doi.org/10.20998/2409-9295.2019.20.22

Новий спосіб керування паралельним силовим активним фільтром на основі модифікованої p-q-r теорії потужності

Дмитро Васильович Тугай, Георгій Георгійович Жемеров, Сергій Іванович Корнелюк, Олександр Олександрович Шкурпела

Анотація


В роботі розкрито основні переваги використання p-q-r теорії миттєвої потужності для побудови швидкодіючих систем керування силовими активними фільтрами, що дозволяють реалізувати як квазісталі так й динамічні режими роботи електроенергетичних об’єктів з активними фільтрокомпенсуючими пристроями, що живляться від трифазної чотирипровідної промислової мережі. В той самий час показано, що використання перетворень p-q-r теорії миттєвої потужності пов’язано зі значною кількістю математичних обчислень, що виконуються мікроконтролером в реальному часі і потребують значної швидкодії апаратної частини системи керування. Запропоновано новий спосіб керування паралельним силовим активним фільтром, що поєднує універсальну p-q-r теорію потужності з крос-векторною теорією. Запропонований спосіб доцільно використовувати в системах керування силовими активними фільтрами, що працюють в трифазних чотирипровідних системах електропостачання з електричним навантаженням любого типу, а також у гібридних системах, коли силова частина перетворювача може використовуватись не тільки в якості фільтрокомпенсуючого пристрою, але й у якості інвертора напруги. Показано, що використання запропонованого способу дозволяє суттєво зменшити кількість математичних обчислювань, які виконуються мікроконтролером системи керування для реалізації сигналів управління силовими транзисторними модулями. Для перевірки працездатності способу синтезовано Matlab-модель реального об’єкту електропостачання з паралельним силовим активним фільтром. Співставлення результатів моделювання для трьох алгоритмів керування силовим активним фільтром дозволило оцінити якість роботи останнього алгоритму, що запропонований у роботі, і підтвердити не тільки його працездатність але й еквівалентність отриманих енергетичних характеристик характеристикам, які були отримані у разі використання універсальної p-q-r теорії миттєвої потужності.

Ключові слова


p-q-r теорія потужності; крос-векторна теорія потужності; силовий активний фільтр; система керування; трифазна чотирипровідна система; спосіб керування; система електропостачання.

Повний текст:

PDF

Посилання


Akagi, H., Kanazawa, Y., Nabae, A. Generalized theory of the instantaneous reactive power in three phase circuits. Int. Power Electronics Conf. Tokyo. Japan, 1983, 1375–1386.

Kim, H. S., Akagi, H. The instantaneous power theory on the rotating p-q-r reference frames. Proceedings of the IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive Systems. PEDS'99 (Cat. No.99TH8475), 1999, 422– 427, doi: 10.1109/PEDS.1999.794600.

Kim, H., Blaabjerg, F., Bak-Jensen, B., Choi, I. Instantaneous power compensation in three-phase systems using p-q-r theory IEEE Trans.Power Elektronics, 2002, 17(5), 701-710, doi: 10.1109/TPEL.2002.802185.

Czarnecki, L. S. On some misinterpretations of the Instantaneous Reactive Power p-q Theory. IEEE Trans. On Power Electronics, 2004, 19(3), 828–836, doi: 10.1109/TPEL.2004.826500.

Depenbrock, M. A. Concise Assessment of original and Modified Instantaneous Power Theory Applied to FourWire Systems. Proceedings of the References. Power Conversion Conference. Osaka. Japan, 2002, 1, 60–67, doi: 10.1109/PCC.2002.998513.

Soares, V., Verdelho, P., Marques, G. D. An instantaneous active and reactive current component method for active filters. IEEE Transactions on Power Electronics, 2000, 15(4), 660-669, doi: 10.1109/63.849036.

Aredes, M., Akagi, H., Watanabe, E. H., Salgado, E. H., Encarnacao, L. F. Comparisons Between the p-q and p-q-r Theories in Three-Phase Four-Wire Systems. IEEE Transactions on Power Electronics, 2009, 24(4), 924-933, doi: 10.1109/TPEL.2008.2008187.

Rachmildha, T. D., Llor, A., Fadel, M., Dahono, P. A., Haroen Y. Comparison of Direct Power Control with Hybrid Approach on 3-Phase 4-Wire Active Power Filter between p-q-0 and p-q-r Power Theory. ISIE 2008, Cambridge, 2270-2275, doi: 10.1109/ISIE.2008.4677282.

Depenbrock, M., Staudt, V., Wrede H. A theoretical investigation of original and modified instantaneous power theory applied to four-wire systems. IEEE Trans. Ind. Appl., 2003, 39(4), 1160-1167, doi: 10.1109/TIA.2003.814553.

Salmern, P., Montao, J. C., Vzquez, J. R., Prieto, J., Prez A. Practical application of the instantaneous power theory in the compensation of four-wire three-phase systems. Proc. IEEE 28th Annu. Conf. IECON, 2002, 1, 650-655, doi: 10.1109/IECON.2002.1187584.

Haley, P. Limitations of cross vector generalized p-q theory. Proc. Nonsinusoidal Currents and Compensation (ISNCC). 15-18 June, 2015,1-5, doi: 10.1109/ISNCC.2015.7174707.

Abu, H. A. S., Talib, M. H. N., Ibrahim, Z. Comparative study of different PWM control scheme for three-phase three-wire shunt active power filter. In 2012 IEEE International Power Engineering and Optimization Conference Melaka, Malaysia, 2012, 119-123, doi: 10.1109/PEOCO.2012.6230846.

Zhao, C., Zhao, X. A New Method for Voltage Quality Evaluation Based on p-q-r Theory. In Proc. 2004 International Conference Power System Technology, 2004, 21-24, doi: 10.1109/ICPST.2004.1460175.

Hyosung, K., Jun-Keun, Ji., Jang-Hwan, K., Seung-Ki, S., Kyung- Hwan, K. Novel topology of a line interactive UPS using PQR instantaneous power theory. In Proc. IEEE Industry Applications Conference, 2004, 4, 2232-2238, doi: 10.1109/IAS.2004.1348786.

Ozdemir, A., Ozdemir, Z. Digital current control of a three-phase four-leg voltage source inverter by using p-q-r theory. IET Power Electron, 2014, 7(3), 527-539, doi: 10.1049/iet-pel.2013.0254.

Zhemerov, G. G., Tugay, D. V. Razvitiye sovremennykh teoriy moshchnosti trekhfaznykh chetyrekhprovodnykh sistem elektrosnabzheniya s nelineynoy nagruzkoy [Development of the modern power theories of three-phase four wire energy supply systems with non-linear loads]. Elektrotekhnika i elektromekhanika [Electrical engineering & electromechanics]. Kharkov: NTU «KhPI», 1, 2016, 4(1). 11-19.

Polishchuk, S. Y., Artemenko, M. Yu., Mykhalskyi, V. M., Batrak, L.M., Shapoval, I.A. Stratehiya keruvannya paralelʹnym aktyvnym filʹtrom z chastkovym poslablennyam skladovoyi nulʹovoyi poslidovnosti napruh tryfaznoyi chotyryprovidnoyi merezhi [Shunt active filter control strategy with partial decrease of zero-sequence voltage in three-phase four-wire system]. Tekhnichna ektrodynamika [Technical electrodynamics], 2013, 3, 12–19