Більшість сучасних промислових електричних мереж характеризується значним вмістом нелінійних навантажень, які створюють багато проблем в експлуатації. Одним із найефективніших засобів зниження спотворення напруг в електричній мережі є силові фільтри гармонік. Застосування силових фільтрів дає змогу вирішувати два основні завдання – зменшувати гармонічні спотворення вхідного струму системи електропостачання і компенсувати реактивну потужність навантажень. Вибір номінальних параметрів фільтрових кіл здійснюють, як правило, на підставі робочих характеристик електричної мережі у стаціонарному (усталеному) режимі. Проте досвід експлуатації показав, що такий підхід не завжди забезпечує безаварійну експлуатацію фільтрів, і основна причина полягає у неврахуванні перехідних перенапруг і надструмів під час вибору параметрів фільтрових конденсаторних батарей і реакторів. У статті розглянуто проблему вибору номінальних параметрів фільтрового реактора як одного із двох основних елементів фільтра для промислових електричних мереж зі значною інтенсивністю комутаційних подій. Показано, що для таких електричних мереж необхідно враховувати перехідні перенапруги та надструми для коректного вибору параметрів фільтрових реакторів.
Проаналізовано основні параметри фільтрових реакторів та розглянуто особливості їх розрахунку. Наведено характеристики перехідних процесів у схемах фільтрових реакторів, спричинені основними технологічними та аварійними перемиканнями в промислових електричних мережах із нелінійними навантаженнями. Показано, що повторюваність різних типів комутаційних подій неоднакова, і це також потрібно враховувати, визначаючи параметри фільтрових реакторів.
Розвинено метод визначення критичних перехідних надструмів і перенапруг у схемі фільтра під час розрахунку проєктних значень номінальних струмів і перенапруг фільтрових реакторів. Використання цього методу для проєктування силових фільтрів дасть змогу уникнути можливих пошкоджень фільтрових реакторів через перегрівання обмоток і прискорене старіння ізоляції у ході експлуатації, спричинені інтенсивними перехідними процесами в контурі фільтра.
- IEEE Std 1036TM-1992, IEEE Guide for Application of Shunt Power Capacitors.
- IEEE Std 1531™-2020, IEEE Guide for the Application and Specification of Harmonic Filters.
- IEEE Std C57.16™2011, IEEE Standard for Requirements, Terminology, and Test Code for Dry-Type Air- Core Series-Connected Reactors.
- S. H. E. Abdel Aleem, M. E. Balci, A. F. Zobaa, S. Sakar," Optimal passive filter design for effective utilization of cables and transformers under non-sinusoidal conditions," 16th Int. Conf. on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 2014. DOI: 10.1109/ICHQP.2014.6842881.
https://doi.org/10.1109/ICHQP.2014.6842881 - Kawann, C.; Emanuel, A. Passive shunt harmonic filters for low and medium voltage: A cost comparison study. IEEE Trans. Power Syst. 1996, 11, 1825-1831. DOI: 10.1109/59.544649.
https://doi.org/10.1109/59.544649 - Yang, N.-C.; Liu, S.-W. Multi-Objective Teaching-Learning-Based Optimization with Pareto Front for Optimal Design of Passive Power Filters. Energies 2021, 14, 6408. https://doi.org/10.3390/en14196408/
https://doi.org/10.3390/en14196408 - Azab, M. Multi-objective design approach of passive filters for single-phase distributed energy grid integration systems using particle swarm optimization. Energy Rep. 2019, 6, 157-172. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.12.015.
https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.12.015 - Wang, S.; Ding, X.; Wang, J. Multi-objective optimization design of passive filter based on particle swarm optimization. In Proceedings of the Journal of Physics: Conference Series. J. Physics Conf. Ser. 2020, 1549, 032017. DOI: 10.1088/1742-6596/1549/3/032017
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1549/3/032017 - Badugu, R.; Acharya, D.; Das, D.K.; Prakash, M. Class Topper Optimization Algorithm based Optimum Passive Power Filter Design for Power System. In Proceedings of the 2021 5th International Conference on Computing Methodologies and Communication (ICCMC), Erode, India, 8-10 April 2021; pp. 648-652. DOI: 10.1109/ICCMC51019.2021.9418249.
https://doi.org/10.1109/ICCMC51019.2021.9418249 - R. N. Beres, X. Wang, M. Liserre, F. Blaabjerg, and C. L. Bak, "A review of passive power filters for three- phase grid-connected voltage source converters," IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., Vol. 4, No. 1, pp. 54- 69, Mar. 2016. DOI: 10.1109/JESTPE.2015.2507203.
https://doi.org/10.1109/JESTPE.2015.2507203 - T. J. Dionise and V. Lorch, "Harmonic filter analysis and redesign for a modern steel facility with two melt furnaces using dedicated capacitor banks," in Proc. Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, Tampa, FL, USA, Oct. 2006, pp. 137-143. DOI: 10.1109/IAS.2006.256496.
https://doi.org/10.1109/IAS.2006.256496 - A. Kusko; N.K. Medora, Switching of power harmonic filters, Proceedings of 1994 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. DOI: 10.1109/IAS.1994.377531
https://doi.org/10.1109/IAS.1994.377531 - J. A. Bonner, W. M. Hurst, R. G. Rocamora, R. F. Dudley, M. R. Sharp, and J. A. Twiss, "Selecting ratings for capacitors and reactors in applications involving multiple single-tuned filters," IEEE Trans. Power Del., Vol. 10, No. 1, pp. 547-555, Jan. 1995. DOI: 10.1109/61.368355.
https://doi.org/10.1109/61.368355 - Varetsky Y., Gajdzica M. The procedure for selecting the ratings of capacitor banks and reactors of the filtering systems // Przegląd Elektrotechniczny, No. 3, 2020. P. 77-81. DOI:10.15199/48.2020.03.19.
https://doi.org/10.15199/48.2020.03.19 - Varetsky Y., Gajdzica M. Transients under energizing multiple power filter circuits // Computer applications in electrical engineering. 2016, Vol. 14, P. 89-100. DOI: 10.21008/j.1508-4248.2016.0008.
- IEEE Std 18™-2002. IEEE Standard for Shunt Power Capacitors.
- Varetsky Y., Pavlyshyn R., Gajdzica M. Harmonic current impact on transient overvoltages during filter switching-off, Przegląd Elektrotechniczny, 2013, nr 4, s. 95-98.
- Varetsky Y. Simulation of transients for designing multiple power filter circuits// Computational Problems of Electrical Engineering 2017,Vol. 7, Nо. 2, pp. 117-123
- Varetsky Y., Gapanovych V., Fedonjuk M. Modeling transient surge on filter reactor during external earth faults, Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering, 2010. No. 80, рр. 65-66.