Имитационное моделирование работы гибридного компенсатора реактивной мощности

Abstract

RU: Цель работы. Исследование эффективности работы гибридного компенсатора реактивной мощности (ГКРМ), представляющего собой последовательно соединенные батарею конденсаторов (БК) со ступенчатым переключением и активный фильтр (АФ) высших гармоник, при различных стратегиях управления, при несинусоидальном и несимметричном питающем напряжении, в графической среде имитационного моделирования Simulink пакета Matlab. Методы исследования. Методы электротехники, методы численного моделирования, методы теории преобразования систем координат, методы матричных преобразований. Полученные результаты. Рассмотрено несколько стратегий управления ГКРМ: при работе в режиме компенсации реактивной мощности с “изоляцией” БК от высших гармоник; при работе в режиме активной фильтрации высших гармоник. Для расчета требуемой емкости БК и тока задания АФ рассмотрены теория мгновенной мощности (p-q теории) и d-q теория по основной частоте. Проверка эффективности рассмотренных стратегий управления выполнена в графической среде имитационного моделирования Simulink пакета Matlab. Синтезированы имитационные модели, позволяющие качественно оценить эффективность работы ГКРМ при различных стратегиях управления. Установлено, что в условиях несимметрии и/или несинусоидальности напряжения сети систему управления компенсатором целесообразно синтезировать с использованием d-q теории по u1086 основной частоте. В процессе моделирования установлено, что предложенный ГКРМ позволяет обеспечить плавное регулирование реактивной мощности, при этом мощность АФ составляет не более 10 % от общей мощности ГКРМ (для заданных параметров моделирования). При работе в режиме активной фильтрации высших гармоник ГКРМ также показал высокую эффективность, мощность АФ составила не более 20 % от общей мощности компенсатора. Для иллюстрации эффективности подхода приведены диаграммы токов и напряжений, рассчитаны коэффициент искажения синусоидальности кривой сетевого тока (THDI) и коэффициент мощности комплекса ГКРМ+нелинейная нагрузка. Научная новизна. Получил дальнейшее развитие способ управления ГКРМ, заключающийся в совместном управлении БК со ступенчатым переключением и АФ: 1) по условию компенсации реактивной мощности и “изоляции” БК от высших гармоник; 2) по условию компенсации высших гармоник тока (работая в режиме параллельного активного фильтра). Практическая ценность. Разработана имитационная модель гибридного компенсатора реактивной мощности, которая реализует несколько стратегий управления. Проверена работа компенсатора при несинусоидальном и несимметричном питающем напряжении. Подтверждена эффективность предложенного подхода. UK: Мета роботи. Дослідження ефективності роботи гібридного компенсатора реактивної потужності (ГКРП), що представляє собою послідовно з'єднані батарею конденсаторів (БК) зі ступінчастим перемиканням і активний фільтр вищих гармонік, з різними стратегіями управління, при несинусоїдальній і / або несиметричній напрузі мережи, в графічному середовищі імітаційного моделювання Simulink пакета Matlab. Методи дослідження. Методи електротехніки, методи чисельного моделювання, методи теорії перетворення систем координат, методи матричних перетворень. Отримані результати. Розглянуто кілька стратегій управління ГКРП: при роботі в режимі компенсації реактивної потужності з ізоляцією БК від вищих гармонік; при роботі в режимі активної фільтрації (АФ) вищих гармонік. Для розрахунку необхідної ємності БК і струму завдання АФ розглянуті теорія миттєвої потужності (p-q теорії) і d-q теорія по основній частоті. Перевірка ефективності розглянутих стратегій управління виконана в графічному середовищі імітаційного моделювання Simulink пакета Matlab. Синтезовані імітаційні моделі, що дозволяють якісно оцінити ефективність роботи ГКРП при різних стратегіях управління. Встановлено, що в умовах несиметрії і / або несинусоїдальності напруги мережі систему управління компенсатором доцільно синтезувати з використанням d-q теорії по основній частоті. В процесі моделювання встановлено, що запропонований ГКРП дозволяє забезпечити плавне регулювання реактивної потужності, при цьому потужність АФ становить не більше 10% від загальної потужності ГКРП (для заданих параметрів моделювання). При роботі в режимі активної фільтрації вищих гармонік ГКРП також показав високу ефективність, потужність АФ склала не більше 20% від загальної потужності компенсатора. Для ілюстрації ефективності підходу приведені діаграми струмів і напруг, розраховані коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої струму мережі (THDI) і коефіцієнт потужності комплексу ГКРП + нелінійне навантаження. Наукова новизна. Отримав подальший розвиток спосіб управління ГКРП, що полягає в спільному управлінні БК зі ступінчастим перемиканням і АФ: 1) за умовою компенсації реактивної потужності та ізоляції БК від вищих гармонік; 2) за умовою компенсації вищих гармонік струму (працюючи в режимі паралельного активного фільтра). Практична цінність. Розроблено імітаційну модель гібридного компенсатора реактивної потужності, яка реалізує кілька стратегій управління. Перевірено роботу компенсатора прі несинусоїдальній і / або несиметричній напрузі мережі. Підтверджено ефективність запропонованого підходу. EN: Purpose. Study of the effectiveness of the hybrid VAR compensator, which consists of series-connected capacitor bank (CB) with discrete regulation and active filter of higher harmonics, with different control strategies, under asymmetrical and / or non-sinusoidal grid voltage and loads, in a graphical programming environment Matlab Simulink. Methodology. Methods of electrical engineering, numerical modeling methods, methods of the theory of coordinate systems transformation, methods of matrix transformations. Findings. Several control strategies for hybrid VAR compensator are considered: operating in the mode of reactive power compensation with isolation of CB from higher harmonics; working in the mode of active filtering (AF) of higher harmonics. To calculate the required capacitance of the CB and the reference current of AF, the instantaneous power theory (p-q theory) and d-q theory on the fundamental frequency are considered. The effectiveness check of the considered control strategies was performed in the graphical programming environment Matlab Simulink. Simulation models that allow a qualitative assessment of the effectiveness of the hybrid VAR compensator work with various control strategies have been synthesized. It has been established that, under the conditions of asymmetry and / or nonsinusoidality of the grid voltage, it is advisable to synthesize the control system for the compensator using the d-q theory for the fundamental frequency. In the process of modeling, it has been established that the proposed hybrid VAR compensator allows the smooth regulation of reactive power, while the AF power is not more than 10% of the total VAR compensator power (for given simulation parameters). When operating in the filtering of higher harmonics mode, the VAR compensator also showed high efficiency, the AF power was not more than 20% of the total compensator power. To illustrate the effectiveness of the approach, the diagrams of currents and voltages are given, Total Harmonic Distortion (THDI) and the power factor of the complex «VAR compensator + nonlinear load» are calculated. Originality. The control method for VAR compensator was further developed. It consists in the joint control of CB with discrete regulation and AF: 1) according to the condition of reactive power compensation and «isolation» of CB from higher harmonics; 2) according to the condition of compensation of higher harmonics of the current (working in the parallel active filter mode). Practical value. A simulation model of a hybrid reactive power compensator has been developed, which implements several control strategies. The operation of the compensator was checked under asymmetrical and / or nonsinusoidal grid voltage. The effectiveness of the proposed approach is confirmed.