ФІЛЬТРАЦІЯ СТРУМІВ В ТРИФАЗНІЙ ТРИПРОВОДНІЙ СИСТЕМІ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ПРИ НЕСИМЕТРИЧНИХ СИНУСОЇДНИХ НАПРУГАХ

Purpose. Investigation of the optimal current distribution between source, shunt active filter and reactive compensator of a three-phase three-wire system that provides consumption of a sinusoidal symmetric current under asymmetric source voltages with minimal power losses was provided. Methodology. The tasks were solved by conducting theoretical and experimental studies. The main provisions of the theory of electrical circuits, the apparatus of mathematical analysis, methods for solving linear differential and algebraic equations, elements of matrix and complex calculus and vector algebra are used. During the development, modern methods and software of computer simulation of electrical engineering complexes and dynamic systems were applied: Matlab-Simulink, MATHCAD. Originality. The principle of compensating current distribution between PAF and reactive compensator of a three-phase three-wire power system with asymmetric sinusoidal voltage was proposed at which the input current is equal to the positive-sequence active current and rms value of PAF current is minimal. The feasibility to compensate the inactive sinusoidal Fryze current by reactive elements under arbitrary combination of load and source parameters was proved and expression for direct calculation of the reactive compensator parameters for generation of inactive Fryze current in the source unbalanced mode was obtained. Practical value. The simulative example for transmission line load showed that combined application of PAF and reactive compensator with the specified distribution of compensating currents ensured a reduction of power losses in 3.273 times and rms value of the SAF current is 12.9 % of rms value total compensation current.Розглянуто принципи активної фільтрації струму в трифазній трипровідній системі електроживлення при несиметричному синусоїдному джерелі живлення, що задовольняють вимогам стандарту IEEE Std.1459-2010. Показано переваги формування синусоїдного симетричного вхідного струму при паралельному підключенні активного фільтра та реактивного компенсатора. Доведено можливість компенсації неактивного синусоїдного струму Фрізе реактивними елементами при довільній комбінації параметрів лінійного навантаження та джерела. Отримана формула прямого розрахунку параметрів реактивного компенсатора для генерації неактивного струму Фрізе в несиметричному режимі трифазного джерела. Наводяться результати чисельного моделювання

Особливості роботи імпульсних регуляторів в режимі передавання максимальної потужності, за наявності акумулятора на їх виході

Introduction. For the efficient use of non-traditional and renewable sources of electrical energy, it is necessary to ensure their operation at the maximum power point, which is possible if the load resistance is equal to the output resistance of the source. To match the load resistance with the output impedance of the source, a matching switching regulator is connected between the source and the load. Very often, the amount of energy received from such sources depends on external conditions. To ensure a uniform supply of electrical energy to the load, a battery operating in buffer mode is connected at the output of the switching regulator. Problem. In this case, the load of the switching regulator is the battery, and the input impedance of the regulator will perform the role of the load of the power source. This resistance depends on the voltage of the battery, the type of switching regulator and its mode of operation. In such cases, the maximum power extraction mode from the source can be provided by selecting the appropriate operating mode of the switching regulator. The aim of the work is to analyze the conditions and determine the modes under which the transfer of the maximum possible amount of electrical energy from the source to the battery is ensured, as well as the features of the switching regulator in these modes. Methods. For this purpose, the regulating characteristics of step-up and step-down switching regulators were determined and analyzed, taking into account the presence of an accumulator at their output. Taking into account that in the maximum power transmission mode, the output resistance of the source and the load resistance are of the same order of magnitude, when determining the regulating characteristics, the internal resistance of the source was taken into account. Results. As a result of the analysis of the obtained regulating characteristics, the conditions were determined under which the transfer of energy from the source to the battery is ensured, and the parameters of the operating mode of the switching regulator were determined, under which the maximum power will be taken from the source of electrical energy. Novelty. The originality of the work is the consideration of the internal resistance of the source of electrical energy in determining the regulating characteristics of pulse regulators. Practical value. The obtained results made it possible to indicate the appropriate range of battery voltages for different types of pulse regulators, as well as to give practical recommendations for choosing the mode of operation of the pulse regulator depending on its type, as well as the amount of voltage on the battery.Для ефективного використання нетрадиційних та відновлюваних джерел електричної енергії необхідно забезпечувати їх роботу в точці максимальної потужності, що можливо при рівності опору навантаження та вихідного опору джерела. Для узгодження опору навантаження з вихідним опором джерела між джерелом та навантаженням підключають узгоджувальний імпульсний регулятор. Досить часто кількість енергії, що отримують від подібних джерел, залежить від зовнішніх умов. Щоб забезпечити більш рівномірне надходження електричної енергії до навантаження, на виході імпульсного регулятора підключають акумулятор, що працює в буферному режимі. За таких умов навантаженням імпульсного регулятора є акумулятор, а роль навантаження джерела живлення виконуватиме вхідний опір регулятора. Цей опір залежить від величини напруги на акумуляторі, типу імпульсного регулятора та режиму його роботи. У таких випадках режим відбору максимальної потужності джерела може бути забезпечений шляхом вибору відповідного режиму роботи імпульсного регулятора. Метою роботи є аналіз умов та визначення режимів, за яких забезпечується передача від джерела в акумулятор максимально можливої кількості електричної енергії, а також особливостей роботи імпульсного регулятора у зазначеному режимі. З цією метою було визначено та проаналізовано регулювальні характеристики імпульсних регуляторів підвищувального та понижувального типів з урахуванням наявності акумулятора на їх виході. Враховуючи, що у режимі передавання максимальної потужності вихідний опір джерела та опір навантаження є величинами одного порядку, при визначенні регулювальних характеристик враховувався внутрішній опір джерела. В результаті аналізу отриманих регулювальних характеристик було визначено умови, за яких забезпечується передавання енергії від джерела до акумулятора, а також визначено параметри режиму роботи імпульсного регулятора, за яких від джерела електричної енергії буде відбиратися максимальна потужність. Оригінальністю роботи є врахування внутрішнього опору джерела електричної енергії при визначенні регулювальних характеристик імпульсних регуляторів. Одержані результати дали можливість вказати доцільний діапазон напруг акумулятора для різних типів імпульсних регуляторів, а також дати практичні рекомендації щодо вибору режиму роботи імпульсного регулятора у залежності від його типу, а також величини напруги на акумуляторі

Комбинированная система управления параллельным активным фильтром четырехпроводной трехфазной сети

Запропонована проста та ефективна комбінована система управління паралельним активним фільтром (ПАФ) чотирипровідної трифазної мережі, побудована на принципі безпосереднього розрахунку вектора миттєвих значень струмів трифазного джерела, та представлений спосіб її реалізації. Побудована модель фільтра з зазначеною системою управління в програмному середовищі MatLab та проаналізована його робота на нелінійне навантаження при несиметричній незбалансованій напрузі живлення.Simple and efficient control system for shunt active filter for four-phase network was proposed. This system built on the principle of the direct calculation of the instantaneous values of the vector current three-phase power and shows how to implement it. The model constructed with said filter control system in MatLab software environment and analyzed his work on nonlinear load unbalanced voltage.Предложена простая и эффективная комбинированная система управления параллельным активным фильтром четырехпроводной трехфазной сети, построенная на принципе непосредственного расчета вектора мгновенных значений токов трехфазного источника, и представлен способ ее реализации. Построена модель параллельного активного фильтра с указанной системой управления в программной среде MatLab и проанализирована его работа на нелинейные нагрузки при несимметричном несбалансированном напряжении

Регулятори підвищувально-понижувального типу в режимі передавання максимальної потужності

Introduction. Switching DC voltage regulators are traditionally used to regulate and stabilize the voltage on the load. Due to the widespread use of non-traditional and renewable sources of electricity, there is a need to select from them the maximum possible amount of electricity. As is known, the maximum power from the power supply to the load will be transmitted provided that the output resistance of the source is equal to the load resistance. If this condition is not met, a matching switching regulator is switched on between the power supply and the load. Most often, for the purpose of matching, pulse regulators of step-up or step-down types are used. Problem. The operation of regulators in the matching mode has a number of features, in comparison with the modes of regulation and stabilization of the output voltage. Thus, since in the maximum power transmission mode the output resistance of the source and the resistance of the load are values of the same order, in any calculation the internal resistance of the source must be taken into account. There are works in which features of work of regulators of step-up and step-down types in a mode of transfer of the maximum power are analyzed. In addition to these types of pulse regulators, there are regulators of step-up/step-down types, which are relatively rarely used for this purpose. First of all it is connected with insufficiently studied abilities of work of such regulators in the specified mode. Goal. The aim of the work is to analyze the features of the operation of pulse regulators of step-up/step-down types in the mode of transmission of maximum power from the power supply to the load, as well as to determine the conditions under which it is possible and appropriate to work in this mode. Methodology. In the work, taking into account the internal resistance of the power supply, the regulation characteristics of the basic circuit of the pulse regulator of the step-up/step-down type are analyzed. The conditions under which the transfer of maximum power from the power supply to the load is ensured are determined. Results. It is shown that the existing variants of the circuits of regulators of the step-up/step-down type can be obtained from the basic circuit by applying the rules of construction of dual electric circuits. Consequently, the basic calculated relations for such circuits can be obtained from the calculated relations of the basic circuit using the principle of duality. Originality. A method for determining and studying the regulation characteristics of pulse regulators, taking into account the internal resistance of the power supply. Practical value. The obtained results allow to determine the conditions under which it is possible and expedient to operate different circuits of regulators in the mode of transmission of maximum power from the power supply to the load. Based on these results, recommendations are given for selecting a suitable range for changing the relative time of the closed state of the controlled switch, depending on the type of power supply used, as well as the method of connecting the controlled switch in the regulator circuit.З урахуванням внутрішнього опору джерела живлення проаналізовано регулювальні характеристики імпульсних регуляторів підвищувально-понижувального типу. Визначено умови, за яких забезпечується передавання максимальної потужності від джерела живлення до навантаження. Дано рекомендації щодо вибору доцільного діапазону зміни відносного часу замкненого стану керованого ключа регулятора , у залежності від типу джерело живлення, а також способу підключення керованого ключа в імпульсному регуляторі

Стратегия управления параллельным активным фильтром четырехпроводной трехфазной системы питания с многовариантным пропорционально-векторным формированием мгновенных токов источника

Показано, що більшість існуючих стратегій управління паралельними активними фільтрами чотирипровідної трифазної системи живлення еквівалентні формуванню вектора миттєвих струмів трифазного джерела пропорційним вектору опорних напруг, що співпадає з вектором миттєвих значень фазних напруг або є його частиною з поліпшеним спектральним складом. Запропонована система управління ПАФ чотирипровідної трифазної мережі, що реалізовує стратегію багатоваріантного пропорційно-векторного формування миттєвих струмів джерела, в якій в залежності від конкретних умов застосування обирається один із двадцяти методів управління, оптимальний за певним показником якості.It is shown that most of the existing control strategies of shunt active power filters (APF) for three-phase four-wire power system are equivalent to formation of instantaneous source current vector proportional to the referent voltages vector which coincides with the instantaneous vector of the phase voltages or is its part with improved spectral composition. Control system of APF was proposed that realize the multivariate proportional-vector formation of instantaneous source currents. Depending on the application conditions one of the twenty control methods optimal for certain quality characteristics can be selected.Показано, что большинство существующих стратегий управления параллельными активными фильтрами (ПАФ) четырехпроводной трехфазной системы питания эквивалентны формированию вектора мгновенных токов трехфазного источника пропорциональным вектору опорных напряжений, совпадает с вектором мгновенных значений фазных напряжений или является его частью с улучшенным спектральным составом. Предложена система управления ПАФ, реализующая стратегию многовариантного пропорционально-векторного формирования мгновенных токов источника. В зависимости от конкретных условий применения в ней выбирается один из двадцати методов управления, оптимальный по определенным показателям качества

РЕГУЛЮВАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ІМПУЛЬСНОГО РЕГУЛЯТОРА ПОНИЖУВАЛЬНОГО ТИПУ, ЩО ЗАРЯДЖАЄ АКУМУЛЯТОР ВІД СОНЯЧНОЇ БАТАРЕЇ

Problem. An important element of autonomous power sources, built on the basis of solar batteries, is a battery, operating in a buffer mode. To extend the period of its use, it is necessary to ensure the appropriate modes of its charging and discharging, by regulating the charging and discharge currents. To ensure that maximum power can be transferred to the load in various operating modes, a matching switching regulator is included between the solar battery and the load. In the case of its application, it becomes possible to simultaneously regulate the charging current of the battery. For the most effective regulation of this current, it is necessary to know the regulatory characteristics of the regulator. Goal. The aim of the work is to determine and analyze the regulatory characteristics of the switching voltage regulator step-down type, which charges the battery from the solar battery. Methodology. Using the theory of switching voltage regulators, a relationship between the output characteristic of the source and the regulatory characteristic of the regulator are established. The graphs of the regulatory characteristics are carried out by the graphoanalytical method. Results. The dependence of the output current of the solar battery, from well as the current of the charged battery, on the relative time of the closed state of the key of the switching regulator are analyzes. A technique for constructing the regulatory characteristics of a switching regulator for a given type of output characteristic of a power source and operating voltage of a battery is proposed. For typical output characteristics of the solar battery, graphs of the regulatory characteristics of the switching regulator for various levels of illumination of the solar battery are constructed. When constructing the regulatory characteristics, the possibility of an intermittent current mode in the inductance of the switching regulator is taken into account. Originality. The results obtained make it possible to take into account the influence of the internal resistance of the power supply, in particular, substantially nonlinear, on the regulatory characteristics of the switching regulator. Practical value. The proposed technique can be used to determine the regulatory characteristics of other types of regulators, the power source of which has a non-linear output characteristic. Using the obtained regulatory characteristics, it is possible to determine the conditions under which maximum power will be transmitted from the solar battery to the battery. These characteristics can be used in the elaboration of solar battery charge controllers. Розглянуто підходи до визначення регулювальних характеристик імпульсного регулятора напруги понижувального типу, джерелом живлення якого є сонячна батарея, а навантаженням – акумулятор. Проаналізовано залежність регулювальних характеристик регулятора від типу вихідної характеристики джерела електроживлення з урахуванням нелінійності його внутрішнього опору. Запропоновано методику визначення регулювальної характеристики регулятора для заданого виду вихідної характеристики джерела, з урахуванням можливості виникнення режиму переривчастого струму в його індуктивності. Розроблено рекомендації щодо забезпечення можливості передавання максимально можливої потужності від сонячної батареї до акумулятора.

Полная мощность и коэффициент полезного действия трехфазной четырехпроводной системы питания

Несиметрія навантаження трифазних трипровідних систем живлення призводить до погіршення якості електричної енергії в точках загального під’єднання, що проявляється у появі пульсацій миттєвої потужності та додаткових втрат на опорах ліній електропередач, а також у несиметрії напруг живлення. Ефективна компенсація асиметрії навантаження можлива лише за допомогою силових активних фільтрів, при цьому паралельні активні фільтри характеризуються меншими втратами потужності, ніж послідовні. Функція паралельного активного фільтру полягає у тому, щоб генерувати у навантаження неактивні компоненти струму, що потребує нелінійне навантаження. Тоді від джерела буде споживатися активний струм з мінімальними втратами, одиничним значенням коефіцієнта потужності та максимальним значенням коефіцієнта корисної дії системи живлення. Проте у визначенні коефіцієнта потужності фігурує повна потужність, яка зазвичай розраховується за формулою Бухгольца у вигляді добутку середньоквадратичних значень лінійних струмів і фазних напруг. Незалежність повної потужності в формулі Бухгольца від співвідношення опорів лінійних проводів та нейтралі свідчить про її неадекватність для чотирипровідних систем з ненульовим нейтральним струмом. В роботі була продемонстрована різниця між формулою повної потужності Бухгольца та запропонованою формулюванням у випадку трифазної чотирипровідної системи живлення. Показано, що інтеграл напруг в запропонованій формулі повної потужності є величиною втрат потужності в активних опорах силового кабелю, обумовленою фазними напругами джерела в режимі короткого замикання навантаження. Був встановлений новий фізичний зміст повної потужності: це геометричне середнє значення потужності короткого замикання трифазного джерела на силовий кабель і потужності втрат, викликаної лінійними струмами та струмом нейтралі. Таке визначення повної потужності трифазної системи живлення повністю еквівалентно стандарту IEEE. Знайдено умови досягнення одиничного значення коефіцієнта потужності та максимального значення коефіцієнта корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення з паралельним активним фільтром. Виведено формулу для визначення коефіцієнта корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення для незбалансованого несинусоїдного режиму з заданим коефіцієнтом потужності і відомим коефіцієнтом навантаження. Комп'ютерне моделювання в MATLAB Simulink показало хороший збіг експериментальних даних з теоретичними кривими коефіцієнта корисної дії як за наявності паралельного активного фільтра, так і без нього.The differences between Buchholz's formula of apparent power and proposed formulation were demonstrated in the case of three-phase four-wire power system. It was shown that voltage integral from proposed formula of apparent power is the value of power losses in active resistances of power cable, which is due to load line-to-neutral voltages and short circuit mode of load. A new physical sense of apparent power was established, it is a geometric mean value of short-circuit power and power losses, caused by line currents. This definition of apparent power of three-phase power supply system is completely equivalent to definition standardized by IEEE. Conditions to achieve unit power factor and maximum efficiency of three-phase four-wire power system were established. The formula for determining efficiency of three-phase four-wire power system for unbalanced non-sinusoidal mode with a given load power factor and the known load factor has been derived. Computer simulation in MATLAB Simulink showed good agreement between the experimental data and the theoretical curves for efficiency both in the presence of the SAF, or without it.Показано, что интеграл напряжений в предложенной формуле полной мощности представляет собой величину мощности потерь в активных сопротивлениях силового кабеля, обусловленную фазными напряжениями источника в режиме короткого замыкания нагрузки. Был установлен новый физический смысл полной мощности: это среднее геометрическое значение мощности короткого замыкания трехфазного источника на силовой кабель и мощности потерь, вызванной линейными токами и током нейтрали. Это определение полной мощности трехфазной системы питания полностью эквивалентно стандарту IEEE. Выведена формула для определения коэффициента полезного действия трехфазной четырехпроводной системы питания для несбалансированного несинусоидального режима с заданным коэффициентом мощности и известным коэффициентом нагрузки. Компьютерное моделирование в MATLAB Simulink показало хорошее совпадение экспериментальных данных с теоретическими кривыми коэффициента полезного действия как при наличии параллельного активного фильтра, так и без него