Трехуровневый трехфазный инвертор с синусоидальным напряжением в системе автономного питания ответственных электроприемников предприятий горной промышленности

Работа посвящена вопросам совершенствования автономного инвертора, формирующего трехфазную систему напряжений, гармонический состав которых полностью удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к качеству электрической энергии для сетей 0,4 кВ. Минимизация коэффициентов гармоник выходных напряжений решается в два этапа: в рамках оптимизационной задачи, предусматривающей поиск оптимальных форм питающих напряжений и токов для равномерной загрузки секций обмоток трансформаторов, и в рамках задачи рационального подбора пассивных синус-фильтров. Это в комплексе позволило получить инвертор трехфазного переменного тока с практически синусоидальными напряжениями, что может служить основой для создания систем автономного и резервного питания удаленных и ответственных потребителей электрической энергии, которые относятся к промышленной инфраструктуре горных выработок, шахт и рудников. Исследована возможность плавной регулировки уровней напряжений на выходе инвертора в пределах ±6%, что может быть полезным при коррекции режимов работы системы электроснабжения. Для подтверждения достоверности полученных результатов построена и испытана физическая модель рассматриваемого автономного трехфазного инвертора. Результаты экспериментов подтверждают правильность изложенных теоретических положений и свидетельствуют о практической достижимости получения трехфазных систем напряжений с суммарным коэффициентом гармонических составляющих порядка 4,87%, что в 1,64 раза ниже порогового показателя в 8%, установленного в нормах на качество электрической энергии.

Мятеж С. В., Лисицын П. С., Кравченко Д. П., Малоземов Б. В., Чернов А. А. Трехуровневый трехфазный инвертор с синусоидальным напряжением в системе автономного питания ответственных электроприемников предприятий горной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 11−1. — С. 201—221. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_111_0_201.

Мятеж Сергей Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: myatezh@corp.nstu.ru, ORCIDID: 0000−0001−8450−4027;
Лисицын Павел Сергеевич¹ — ассистент, e-mail: nik-nokia@mail.ru;
Кравченко Даниил Павлович¹ — ассистент, e-mail: kradap@gmail.com;
Малозёмов Борис Витальевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: mbv5@mail.ru, Scopus AuthorID: 10239844500, ResearcherID: J-1723−2016, РИНЦ AutorId: 176629, ORCID: 0000−0001−8686−9556;
Чернов Алексей Александрович¹ – младший научный сотрудник научно-исследовательской части, e-mail: al-exxxe-y@mail.ru;
¹ Новосибирский государственный технический университет.

Мятеж С. В., e-mail: myatezh@corp.nstu.ru.

1. Абрамович Б. Н., Сычев Ю. А. Методы и средства обеспечения энергетической безопасности промышленных предприятий с непрерывным технологическим циклом // Промышленная энергетика. — 2016. — № 9. — С. 18–22.

2. Колесников С. В., Леонов А. П. Надежность изоляции статорных обмоток частотноуправляемых электродвигателей // Электротехнические и информационные комплексы и системы. — 2022. — № 1. — Т. 18. — С. 33–62.

3. Дудкин А. Н., Леонов А. П., Супуева А. С. Влияние дефектов в межвитковой изоляции на ее стойкость к эксплуатационным нагрузкам, характерным для энергоэффективных способов управления электротехническим оборудованием // Известия ТПУ. — 2015. — Т. 326. — № 11. — C. 83–89.

4. Сузгаев М. В. Особенности мониторинга режимов работы и технического состояния трансформаторов тяговых подстанций при наличии высших гармоник // Железные дороги мира. — 2007. — № 6. — С. 58–60.

5. Singh B., Mittal N., Verma K. S. Multi-level inverter: a literature survey on topologies and control strategies // International Journal of Reviews in Computing. 2012, vol. 10, pp. 1–16.

6. Panagis P., Stergiopoulos F., Marabeas P. Comparison of State of the Art Multilevel Inverters // Power Electronics Specialists Conference, PESC–2008. IEEE Conference Publications, 2008, pp. 4296–4301.

7. Баховцев И. А. Сравнительный анализ способов управления двухуровневым АИН с ШИМ // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП–2008): Труды IX Междунар. науч.-техн. конф. «Силовая электроника и механотроника. Устройства автоматики и системы управления». — Новосибирск: НГТУ, 2008. — Т. 7. — С. 30–34.

8. Виноградов А. Б., Коротков А. А. Алгоритмы управления высоковольтным многоуровневым преобразователем частоты: монография. — Иваново: Изд-во Ивановского государственного энергетического университета, 2018. — 184 с.

9. Colak I., Kabalci E., Bayindir R. Review of multilevel voltage source inverter topologies and control schemes // Energy Conversion and Managment. 2011, vol. 52, pp. 1114–1128. 

10. Ershov M. I., Prokofev V. E., Yanovich K. V. Calculation of the main parameters of an inverter for electrical installations using solid oxide fuel cells // VA MTO. 2019, no. 3(4), pp. 110–116.

11. McBee K. D., Simoes M. G. Evaluating the long-term impact of a continuously increasing harmonic demand on feeder-level voltage distortion // IEEE transactions on industry applications. 2014, vol. 50, no. 3, pp. 2142–2149.

12. Myatezh S. V., Lisitsyn P. S. On Output-Voltage Shape Correction of Twoand ThreeLevel Single-Phase Autonomous Inverters without Pulse-Width Modulation // Russ. Electr. Engin. 2023, vol. 94, pp. 351–355. https://doi.org/10.3103/S1068371223050115.

13. Асташев М. Г., Панфилов Д. И., Горчаков А. В., Красноперов Р. Н., Рашитов П. А. Управление полупроводниковыми регуляторами напряжения трансформаторов под нагрузкой в распределительных сетях 6−10 кВ // МНИЖ. — 2021. — № 4−1. — С. 41–50.

14. Ивакин В. Н., Ковалев В. Д., Магницкий А. А. Нормирование энергоэффективности распределительных трансформаторов // Энергия единой сети. — 2017. — № 5 (34). — С. 20–31.

15. Пустоветов М. Ю. О параметрах фильтров для частотно-регулируемого электропривода с асинхронными двигателями // Электричество. — 2013. — № 5. — С. 41–44.

16. Чаплыгин Е. Е., Хухтиков С. В. Способ управления автономным инвертором напряжения с векторной ШИМ // Практическая силовая электроника. — 2010. — № 3(39). — С. 40–43.

17. Боярская Н. П., Довгун В. П., Егоров Д. Э. Синтез фильтрокомпенсирующих устройств для систем электроснабжения: монография. — Красноярск: СФУ, 2014. — 192 с.

18. Пустоветов М. Ю. Расчёт параметров и компьютерное моделирование синусных фильтров в частотно-регулируемом электроприводе // Вестник ДГТУ. — 2012. — Т. 12. — № 3 (64). — С. 56–64.

19. Грачева Е. И., Давлетгареева Г. Р. Исследование зависимостей активного и реактивного сопротивления цеховых трансформаторов от их номинальной мощности // Вестник КГЭУ. — 2015. — № 4 (28). — С. 7–17.

20. Ucar M., Ozdemir S., Ozdemir E. A. four-legunifiedseries–parallel active filter system for periodic and non-periodic disturbance compensation // Electric Power Systems Research. 2010, no. 4, p. 1132.

21. Боярская Н. П., Довгун В. П., Егоров Д. Э, Синяговский А. Ф. Пассивные фильтры для компенсации гармоник в линиях электропередачи высокого напряжения // Вестник КГЭУ. — 2023. — № 1 (57). — С. 144–151.