s4 55

Про інститут

DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2020.55.022

УДК 621.314.58

ЗБІЛЬШЕННЯ ШВИДКОДІЇ КОНТУРУ СЛІДКУВАННЯ ЗА НАПРУГОЮ НАКОПИЧУВАЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА ТРИФАЗНОГО ПАРАЛЕЛЬНОГО АКТИВНОГО ФІЛЬТРА

К.І. Денисенко, І.С. Кутрань, В.О. Лесик, Т.В. Мисак*, канд. техн. наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна,
е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду
* ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-3140-971X

Розглядається керування трифазним паралельним активним фільтром, який інжектує компенсуючий струм до розподіленої мережі електропостачання, наслідком наявності нелінійного навантаження в якій є спотворення параметрів електроенергії. Фільтр складається з напівпровідникового інвертора напруги на повністю керованих ключах, ємнісного накопичувача та притлумлюючої RL-ланки. Проведено декомпозицію об’єкта дослідження за темпами рухів динамічної системи. Двовимірна поверхня ковзання є лінійною комбінацією компонентів двовимірних векторів похибки компенсаційного струму та першої похідної похибки цього струму. Для збільшення швидкодії процесу слідкування за постійною напругою накопичувального конденсатора ланки постійного струму використано модифікований алгоритм скручування, який забезпечує асимптотичну стійкість. Задля уникнення впливу збурення у вигляді гармонічних компонентів випрямленої напруги на параметри компенсуючого струму, контури керування постійної напруги та струму зв’язано з використанням фільтра Чебишева другого роду. Для підтвердження теоретичних припущень побудовано імітаційну модель та проаналізовано результати цифрових експериментів. Виконано порівняння запропонованої стратегії з традиційним ПІ-регулюванням за критеріями тривалості перехідного процесу та коефіцієнтом гармонічних спотворень у струмі, який споживається з мережі. Бібл. 24, рис. 5.
Ключові слова: паралельний активний фільтр, ковзний режим, поверхня ковзання, компенсаційний струм, швидкодія.

УВЕЛИЧЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ КОНТУРА ОТСЛЕЖИВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА ТРЕХФАЗНОГО ПАРАЛЛЕЛЬНОГО АКТИВНОГО ФИЛЬТРА

К.І. Денисенко, І.С. Кутрань, В.О. Лесик, Т.В. Мысак, канд. техн. наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина
е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду

Рассматривается управление трехфазным параллельным активным фильтром, который инжектирует компенсационный ток в сеть потребителя, имеющей искажения параметров электроэнергии вследствие наличия нелинейной нагрузки. Фильтр состоит из полупроводникового инвертора напряжения, емкостного накопителя и однозвенного RL-фильтра. Проведена декомпозиция объекта исследования по темпам движений динамической системы. Двумерная поверхность скольжения является линейной комбинацией компонентов двумерных векторов погрешности тока RL-фильтра и двумерной переменной, полученной путем введения в систему скользящего режима второго порядка, при возникновении которого эта переменная становится эквивалентом первой производной погрешности тока. Для стабилизации постоянного напряжения накопителя использован модифицированный алгоритм скручивания, обеспечивающий асимптотическую устойчивость. Во избежание влияния возмущений в виде гармонических компонентов выпрямленного напряжения на параметры компенсирующего тока контуры управления постоянного напряжения и тока связаны между собой с использованием фильтра Чебышева второго рода. Для подтверждения теоретических выводов построена имитационная модель и проанализированы результаты цифровых экспериментов. Выполнено сравнение предложенной стратегии с традиционным ПИ-регулированием по критериям продолжительности переходного процесса и коэффициента гармонических искажений в токе, который потребляется из сети. Библ. 24, рис. 5.
Ключевые слова: параллельный активный фильтр, скользящий режим, поверхность скольжения, компенсационный ток, декомпозиция движений, быстродействие.

Робота фінансувалась за рахунок цільової програми наукових досліджень НАН України на тему «Інтелектуальна екологічно безпечна енергетика з традиційними та відновлюваними джерелами енергії» (шифр «Нова енергетика»), що виконується за розпорядженням Президії НАН України від 24.04.2019 № 277. Дог. № Н.Е.3.2-19/196-19 від 02 травня 2019 року. Державний реєстраційний номер роботи 0119U001628.

Література
1. Akagi, H. Modern active filters and traditional passive filters. BULLETIN OF THE POLISHACADEMY OF SCIENCES TECHNICAL SCIENCES. 2006, Vol. 54, No. 3. Pp.255-269. http://bluebox.ippt.pan.pl/~bulletin/(54-3)255.pdf
2. Михальський В.М. Засоби підвищення якості електроенергії на вході та виході перетворювачів частоти та напруги з широтно-імпульсною модуляцією. Київ, Інститут електродинаміки НАН України, 2013. 340 с.
3. Luis Morán, Juan Dixon, Ch.41 - Active Filters, Power Electronics Handbook (Third Edition), Butterworth-Heinemann, 2011. Pp. 1193–1228. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-382036-5.00041-0.
4. Singh B., Chandra A., Al-Haddad K. Power Quality Problems and Mitigation Techniques. 2015. 582 p. DOI: https://doi.org/10.1002/9781118922064.
5. Zhang S., Li D., Wang X. Control Techniques for Active Power Filters, 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering, Wuhan, 2010. Pp. 3493–3498. DOI: https://doi.org/10.1109/iCECE.2010.850 .
6. Nirmale S.S. , Mahaddalkar S. Review of Control Strategies for Active Power Filters. Int. Journ. of Inn. Res. in Electrical, Electronics, Instr. and Cont. Eng. NCAEE 2017 National Conf. on Advances in El. Eng. NMAM Institute of Technology, Nitte. April 2017. Vol. 5, Sp. Iss. 2. Pp. 12–16. DOI: https://doi.org/10.17148/IJIREEICE/NCAEE.2017.03.
7. Boum A.T., Djidjio Keubeng G.B., Bitjoka L. Sliding mode control of a three-phase parallel active filter based on a two-level voltage converter, Systems Science & Control Engineering, 2017. Vol. 5. Iss. 1. Pp. 535–543. DOI: https://doi.org/10.1080/21642583.2017.1405372.
8. Gadgune S., Karvekar S., Patil D. Implementation of shunt active power filter using sliding mode controller. 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCPCT.2014.7054756.
9. Wang Yu, Xie Yun-Xiang, Liu Xiang. Analysis and Design of DC-link Voltage Controller in Shunt Active Power Filter. Journal of Power Electronics. May, 2015. No 3. DOI: https://doi.org/10.6113/JPE.2015.15.3.763.
10. Kushal B., Seema D. A Novel DC-Link Voltage Control Strategy for Shunt Active Power Filters using Sliding Mode Controller. International Journal of Industrial Electronics and Electrical Engineering, Sep. 2018, Vol. 6, Iss. 9.
11. Benchouia M. T., Ghadbane I., Golea A., Srairi K., and Benbouzid M. H. Design and Implementation of Sliding Mode and PI Controllers Based Control for Three Phase Shunt Active Power Filter. In Energy Procedia. 2014. Elsevier Ltd. 50:504–11. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.06.061.
12. Rajesh P., Kamalakanta M., Ratnam K.V. Real time implementation of sliding mode based direct and indirect current control techniques for shunt active power filter. WSEAS Transactions on Systems and Control. 2015. Vol. 10. Pp. 186–197.
13. Fei J., Li T., Zhang S. Indirect current control of active power filter using novel sliding mode controller. IEEE 13th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL), Kyoto, 2012. Pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/COMPEL.2012.6251726.
14. Teodorescu M., Stefan D., Stanciu, Radoi C., Rosu S. G. Implementation of a three-phase active power filter with sliding mode control. Proc. of 2012 IEEE Int. Conf. on Automation, Quality and Testing, Robotics, 2012. Pp. 9–13. DOI: https://doi.org/10.1109/AQTR.2012.6237667
15. Юркевич В.Д. Синтез нелинейных систем с ШИМ в канале управления на основе метода разделения движений. Доклады ТУСУР. 2012. №1-1 (25). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sintez-nelineynyh-sistem-s-shim-v-kanale-upravleniya-na-osnove-metoda-razdeleniya-dvizheniy (дата звернення: 24.01.2020).
16. Дракунов С.В., Изосимов Д.Б., Лукьянов А.Г., Уткин В.А., Уткин В.И. Принцип блочного управления. Автоматика и телемеханика. 1990. № 5. С. 38–47. Autom. Remote Control, 51:5. 1990. Рр. 601–608. URL: https://www.mathnet.ru/links/bd8f096b2b67d10c1b9adbf7fab6efe6/at5365.pdf
17. Wensheng L., Vazquez Sergio, Liu J., Wu L., Franquelo L. Second-order sliding mode control of power converters using different disturbance observers for DC-link voltage regulation. 2017. Pp. 8685–8690. DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2017.8217526 .
18. Arie Levant. Sliding order and sliding accuracy in sliding mode control, International Journal of Control, 58:6, 1993. Pp. 1247–1263. DOI: https://doi.org/10.1080/00207179308923053.
19. Shtessel Y., Taleb M., Plestan F. A novel adaptive-gain supertwisting sliding mode controller: Methodology and application. Automatica. 48. 2012. Pp.759–769. DOI: https://doi.org/10.1016/j.automatica.2012.02.024.
20. Kamal S., Chalanga A., Moreno J., Fridman L., Bandyopadhyay B. (2014). Higher Order Super-Twisting Algorithm. DOI: https://doi.org/10.1109/VSS.2014.6881129.
21. Емельянов С.В., Коровин С.К., Левантовский Л.В. Новый класс алгоритмов скольжения второго порядка. Математическое моделирование. 1990. Т.2, No 3. С. 89–100. URL: http://mi.mathnet.ru/eng/mm2344.
22. Papan Dey, Saad Mekhilef. Current Controllers of Active Power Filter for Power Quality Improvement: A Technical Analysis AUTOMATIKA 56, 2015. Vol. 1. Pp. 42–54. DOI: https://doi.org/10.7305/automatika.2015.04.572.
23. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. Москва: Наука, 1981. 368 с.
24. Емельянов С.В., Коровин С.К. Новые типы обратной связи: Управление при неопределенности. Москва: Наука. Физматлит, 1997. 352 с.

Надійшла 19.02.2020

PDF