Векторна стратегія формування компенсаційного струму паралельного активного фільтра у ковзному режимі

Тарас Володимирович Мисак

doi:10.20535/2523-4455.mea.234875

Т. 26 · № 2 · 2021 сер 31, 2021 Електронні системи та сигнали

Векторна стратегія формування компенсаційного струму паралельного активного фільтра у ковзному режимі

ТМ

Тарас Володимирович Мисак Відповідальний Інститут електродинаміки НАНУ Україна

Сторінки234875-1 - 234875-9 Опублікованосер 31, 2021

PDF

ТОМ 26 · № 2 · 2021 Переглянути випуск

Анотація

Пропонується просторово-векторна стратегія керування трифазним паралельним активним фільтром (ПАФ), приєднаним до мережі, в якій наявне нелінійне навантаження. Фільтр складається з напівпровід-никового інвертора напруги на повністю керованих ключах, ємнісного накопичувача та одноланкового RL-фільтра. Постійна напруга ємнісного накопичувача стабілізується за допомогою ковзного режиму другого порядку, який базується на імплементації фінітного алгоритма подвійного скручування. Для формування компенсаційного струму використовується стратегія непрямого керування та векторний алгоритм слідкування за миттєвим значенням струму типу «паралелограм». Запропонований алгоритм використовує методи проективної геометрії для визначення взаємного розташування просторових векторів напруг та струмів системи живлення, тому в ньому відсутні складні математичні операції обчислення зворотних тригонометричних функцій. Вибір відповідного вектора вихідної напруги інвертора ПАФ відбувається виходячи з розташування вектора похибки струму відносно деяких ліній перемикання. Лінії перемикання утворено з проекцій двовимірної поверхні ковзання на площину та подальшого їх лінійного перетворення. Лінійне перетворення проекцій поверхонь ковзання включає в себе послідовно операції повороту на фіксований кут, паралельного переміщення та застосування матриці повороту. Ця матриця повороту має постійні коефіцієнти, які в певні моменти часу змінюються стрибкоподібно, виходячи з просторового розташування вектора еквівалентного керування, координати якого обчислюються в реальному часі. Побудовано імітаційну модель та проаналізовано результати моделювання. Проведено порівняння запропонованої стратегії з традиційним гістерезисним алгоритмом за критеріями кількості комутацій.

Ключові слова

#ковзний режим #просторово-векторне керування #слідкування за компенсаційним струмом #квазістаціонарна поверхня ковзання #паралельний активний фільтр

Посилання

Hirofumi Akagi, Edson Hirokazu Watanabe, Maurício Aredes, Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning. IEEE Press, Wiley-Interscience, A John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2007, 389 p. DOI: https://doi.org/10.1002/0470118938 .
Shapoval I. A., Mykhalʹsʹkyy V. M., Artemenko M. YU., Polishchuk S. Y., Chopyk V. V. "Kompleksy heneruvannya elektroenerhiyi z funktsiyamy kompensatsiyi reaktyvnoyi potuzhnosti ta aktyvnoyi filʹtratsiyi na bazi mashyny podviynoho zhyvlennya [Electricity generation complexes with reactive power compensation and active filtration functions based on a dual power supply machine]". Kyyiv, Instytut elektrodynamiky NAN Ukrayiny. 2020. 241 p.
Akash N. Belonkar1, Mukund R. Salodkar. Performance Analysis of Shunt Active Power Filter with Different Switching Signal Generation Techniques. International Journal of Science and Research (IJSR) Volume 4 Issue 4, April 2015. pp.331-336. URL: https://www.ijsr.net/get_abstract.php?paper_id=SUB152957
Harnek Singh, Maneet Kour, Dip Vinod Thanki, Prakash Kumar A Review on Shunt Active Power Filter Control Strategies. International Journal of Engineering & Technology, 2018, 7 (4.5) pp.121-125. DOI: https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.5.20026 .
Pankaj Swarnkar, Shailendra Kumar Jai and R. K. Nema Advanced Controlling Schemes for Active Power Filter: A Review. International Journal on Emerging Technologies. 2019, 10(1): 114-120. URL: https://www.researchtrend.net/ijet/pdf/Advanced%20Controlling%20Schemes%20for%20Active%20Power%20Filter%20A%20Review%20DR%20PANKAJ%20SWARNKAR.pdf
S Aurobinda Bag, Bidyadhar Subudhi, Pravat Kumar Ray. Comparative Analysis of Sliding Mode Controller and Hysteresis Controller for Active Power Filtering in a Grid connected PV System. International Journal of Emerging Electric Power Systems. 2018; 20170044 DOI: https://doi.org/10.1515/ijeeps-2017-0044 .
S. Buso, L. Malesani and P. Mattavelli, "Comparison of current control techniques for active filter applications," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 45, no. 5, pp. 722-729, Oct. 1998, DOI: https://doi.org/10.1109/41.720328 .
Drakunov S. V., Izosimov D. B., Luk'yanov A. G., Utkin V. A., Utkin V. I., The block control principle. I., Avtomatika i Telemekhanika, 1990, no. 5, pp.38–47. URL: http://www.mathnet.ru/links/bd8f096b2b67d10c1b9adbf7fab6efe6/at5365.pdf
V. I. Utkin, Sistemy s peremennoy strukturoy: sostoyaniye problemy, perspektivy [Systems with variable structure: state of the problem, prospects], Avtomat. i telemekh., 1983, vypusk 9, 5–25. URL: http://www.mathnet.ru/links/ 84d1a70b99f64e4a61560db9a7e60645/at5207.pdf
T. V. Mysak, “Three-Phase Shunt Active Filter Control in Sliding Modes”, Microsystems, Electronics and Acoustics, vol. 25, no. 2, pp. 37–43, Aug. 2020. DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.207044 .
Patjoshi, Rajesh & Mahapatra, Kamalakanta. (2013). Performance comparison of direct and indirect current control techniques applied to a sliding mode based shunt active power filter. 2013 Annual IEEE India Conference, INDICON 2013. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1109/INDCON.2013.6725854 .
B R. Guzman, L. G. de Vicuna, J. Morales, M. Castilla, J. Miret and J. Torres-Martinez, "Sliding-mode control for a three-phase shunt active power filter in natural frame," IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Yokohama, 2015, pp. 001211-001216, DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2015.7392265 .
C. V. Suru, M. Dobriceanu and G. E. Subtirelu, "Direct current control by constant frequency hysteresis controller in active filtering systems," 2017 5th International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (ISEEE), Galati, 2017, pp. 1-6, DOI: https://doi.org/10.1109/ISEEE.2017.8170659 .
S. V. Bayda, D. B. Izosimov, “Vektornyy podkhod k zadache sinteza skol'zyashchego dvizheniya. Simpleksnyye algoritmy [Vector approach to the problem of sliding motion synthesis. Simplex Algorithms]”, Autom. Remote Control, 46 (1985), 830–837. URL: http://www.mathnet.ru/links/e12725596d1c2311729be658454b6296/at7051.pdf .
Simone Buso; Paolo Mattavelli, Digital Control in Power Electronics, 2nd Edition , Morgan & Claypool, 2015. DOI: https://doi.org/10.2200/S00637ED1V01Y201503PEL007 .
T. V. Mysak, V. M. Mikhalsky. Analytical representation of vector control of the matrix converter using the sliding mode. Energy saving. Energy. Power engineering. Energy audit. - 2013. - № 8. - Spec. issue Vol. 2: To the 50th anniversary of the founding of the Department of Industrial and Biomedical Electronics of the National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute". - P. 70-77. URL: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/8733 .
Vinogradov, A. B., Izosimov, D. B. Energy Data Analysis and Method of Choosing the Optimal Algorithms of Pulse-width Modulation for Controlling Three-phase Voltage Converter. Elektrichestvo, 2009, no. 5, pp. 37-41.
Restrepo J., Guzmán V., Giménez M., Bueno A., and Aller J., “Parallelogram Based Method for Space Vector Pulse Width Modulation”, Rev.Fac.Ing.Univ.Antioquia, no. 52, pp. 161-171, Mar. 2010. URL: http://www.scielo.org.co/pdf/rfiua/n52/n52a14.pdf
Vinogradov A. B. Vector control of AC electric drives. Ivanovo State Power Engineering University named after V.I. Lenin ". Ivanovo, 2008. 298 p.
Gaoming He, Mei Wang, Jinming Gan and Chaoxiang Liang, 2014. A New Sector Positioning Method of the SVPWM Reference Voltage Space Vector. Information Technology Journal, 13: 927-933.DOI: https://doi.org/10.3923/itj.2014.927.933 URL: https://scialert.net/abstract/?doi=itj.2014.927.933 .
V. Utkin, J. Guldner, J. Shi. Sliding Mode Control in Electro-Mechanical Systems. Second Edition. Taylor & Francis Group, LLC. -2009. DOI: https://doi.org/10.1201/9781420065619 .
J. Huang, Q. Wang, Y. Sun and X. Tong, "Sliding mode based space-vector hysteresis current control for active power filter," IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Yokohama, 2015, pp. 000678-000682, DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2015.7392178 .
D. Wuest and F. Jenni, "Space vector based current control schemes for voltage source inverters," Proceedings of IEEE Power Electronics Specialist Conference - PESC '93, 1993, pp. 986-992, DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.1993.472040 .
M. P. Kazmierkowski and L. Malesani, "Current control techniques for three-phase voltage-source PWM converters: a survey," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 45, no. 5, pp. 691-703, Oct. 1998, DOI: https://doi.org/10.1109/41.720325 .
A. Fereidouni and M. A. S. Masoum, "A new technique for improving performance of active power filter in power systems with isolated neutral point," 2015 IEEE Eindhoven PowerTech, 2015, pp. 1-5, DOI: https://doi.org/10.1109/PTC.2015.7232249 .

Попередня у випуску Прогнозування розвитку гестаційного цукрового діабету у вагітних із використанням методів машинного навчання Наступна у випуску Автоматичне керування ефективністю асинхронного привода з функцією плавного пуску: Частотно-ступеневий спосіб підвищення енергоефективності асинхронного електропривода механізмів тривалого режиму роботи. Ідеологія, схемне рішення та випробування моделі інтегрального керування.

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація

с. 362283.1-362283.7

10.20535/2523-4455.mea.362283

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення

с. 361138.1-361138.6

10.20535/2523-4455.mea.361138

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел

с. 356487.1-356487.11

10.20535/2523-4455.mea.356487

Схожі статті

Myhailo Yuhymovych Artemenko, Larysa Mykolaivna Batrak, Serhii Yosyfovych Polishchuk, Повна потужність та коефіцієнт корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен, Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Maksim Oleksiiovych Korzhyk, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksii Volodymyrovych Korzhyk, Імпедансні характеристики плоско-паралельного акустичного хвилеводу з комбінуванням межами при порушенні його двочастотних сигналом , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Kostiantyn S. Mazur, Alina O. Serheieva, Dmytro D. Tatarchuk, Yuri V. Didenko, Керовані частотноселективні структури НВЧ на основі неоднорідної мікросмужкової лінії передачі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 4 (2018)
Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов, Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Oleksandr Ivanovych Drozdenko, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Випромінювання максимальної акустичної потужності системами гідроакустичних циліндричних п'єзокерамічних перетворювачів з окружною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Антон Васильович Коцюбайло, д-р техн. наук, проф. Олександр Миколайович Лисенко, Розподілена архітектура системи Wi-Fi-керування активним ортезом верхніх кінцівок , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Volodymyr Semenovych Lazebnyi, Chengliang Yin, Оцінювання ймовірнісних процесів у безпроводових мережах стандарту 802.11 , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)

1-10 з 135 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] Hirofumi Akagi, Edson Hirokazu Watanabe, Maurício Aredes, Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning. IEEE Press, Wiley-Interscience, A John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2007, 389 p. DOI: https://doi.org/10.1002/0470118938 .

[2] Shapoval I. A., Mykhalʹsʹkyy V. M., Artemenko M. YU., Polishchuk S. Y., Chopyk V. V. "Kompleksy heneruvannya elektroenerhiyi z funktsiyamy kompensatsiyi reaktyvnoyi potuzhnosti ta aktyvnoyi filʹtratsiyi na bazi mashyny podviynoho zhyvlennya [Electricity generation complexes with reactive power compensation and active filtration functions based on a dual power supply machine]". Kyyiv, Instytut elektrodynamiky NAN Ukrayiny. 2020. 241 p.

[3] Akash N. Belonkar1, Mukund R. Salodkar. Performance Analysis of Shunt Active Power Filter with Different Switching Signal Generation Techniques. International Journal of Science and Research (IJSR) Volume 4 Issue 4, April 2015. pp.331-336. URL: https://www.ijsr.net/get_abstract.php?paper_id=SUB152957

[4] Harnek Singh, Maneet Kour, Dip Vinod Thanki, Prakash Kumar A Review on Shunt Active Power Filter Control Strategies. International Journal of Engineering & Technology, 2018, 7 (4.5) pp.121-125. DOI: https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.5.20026 .

[5] Pankaj Swarnkar, Shailendra Kumar Jai and R. K. Nema Advanced Controlling Schemes for Active Power Filter: A Review. International Journal on Emerging Technologies. 2019, 10(1): 114-120. URL: https://www.researchtrend.net/ijet/pdf/Advanced%20Controlling%20Schemes%20for%20Active%20Power%20Filter%20A%20Review%20DR%20PANKAJ%20SWARNKAR.pdf

[6] S Aurobinda Bag, Bidyadhar Subudhi, Pravat Kumar Ray. Comparative Analysis of Sliding Mode Controller and Hysteresis Controller for Active Power Filtering in a Grid connected PV System. International Journal of Emerging Electric Power Systems. 2018; 20170044 DOI: https://doi.org/10.1515/ijeeps-2017-0044 .

[7] S. Buso, L. Malesani and P. Mattavelli, "Comparison of current control techniques for active filter applications," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 45, no. 5, pp. 722-729, Oct. 1998, DOI: https://doi.org/10.1109/41.720328 .

[8] Drakunov S. V., Izosimov D. B., Luk'yanov A. G., Utkin V. A., Utkin V. I., The block control principle. I., Avtomatika i Telemekhanika, 1990, no. 5, pp.38–47. URL: http://www.mathnet.ru/links/bd8f096b2b67d10c1b9adbf7fab6efe6/at5365.pdf

[9] V. I. Utkin, Sistemy s peremennoy strukturoy: sostoyaniye problemy, perspektivy [Systems with variable structure: state of the problem, prospects], Avtomat. i telemekh., 1983, vypusk 9, 5–25. URL: http://www.mathnet.ru/links/ 84d1a70b99f64e4a61560db9a7e60645/at5207.pdf

[10] T. V. Mysak, “Three-Phase Shunt Active Filter Control in Sliding Modes”, Microsystems, Electronics and Acoustics, vol. 25, no. 2, pp. 37–43, Aug. 2020. DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.207044 .

[11] Patjoshi, Rajesh & Mahapatra, Kamalakanta. (2013). Performance comparison of direct and indirect current control techniques applied to a sliding mode based shunt active power filter. 2013 Annual IEEE India Conference, INDICON 2013. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1109/INDCON.2013.6725854 .

[12] B R. Guzman, L. G. de Vicuna, J. Morales, M. Castilla, J. Miret and J. Torres-Martinez, "Sliding-mode control for a three-phase shunt active power filter in natural frame," IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Yokohama, 2015, pp. 001211-001216, DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2015.7392265 .

[13] C. V. Suru, M. Dobriceanu and G. E. Subtirelu, "Direct current control by constant frequency hysteresis controller in active filtering systems," 2017 5th International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (ISEEE), Galati, 2017, pp. 1-6, DOI: https://doi.org/10.1109/ISEEE.2017.8170659 .

[14] S. V. Bayda, D. B. Izosimov, “Vektornyy podkhod k zadache sinteza skol'zyashchego dvizheniya. Simpleksnyye algoritmy [Vector approach to the problem of sliding motion synthesis. Simplex Algorithms]”, Autom. Remote Control, 46 (1985), 830–837. URL: http://www.mathnet.ru/links/e12725596d1c2311729be658454b6296/at7051.pdf .

[15] Simone Buso; Paolo Mattavelli, Digital Control in Power Electronics, 2nd Edition , Morgan & Claypool, 2015. DOI: https://doi.org/10.2200/S00637ED1V01Y201503PEL007 .

[16] T. V. Mysak, V. M. Mikhalsky. Analytical representation of vector control of the matrix converter using the sliding mode. Energy saving. Energy. Power engineering. Energy audit. - 2013. - № 8. - Spec. issue Vol. 2: To the 50th anniversary of the founding of the Department of Industrial and Biomedical Electronics of the National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute". - P. 70-77. URL: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/8733 .

[17] Vinogradov, A. B., Izosimov, D. B. Energy Data Analysis and Method of Choosing the Optimal Algorithms of Pulse-width Modulation for Controlling Three-phase Voltage Converter. Elektrichestvo, 2009, no. 5, pp. 37-41.

[18] Restrepo J., Guzmán V., Giménez M., Bueno A., and Aller J., “Parallelogram Based Method for Space Vector Pulse Width Modulation”, Rev.Fac.Ing.Univ.Antioquia, no. 52, pp. 161-171, Mar. 2010. URL: http://www.scielo.org.co/pdf/rfiua/n52/n52a14.pdf

[19] Vinogradov A. B. Vector control of AC electric drives. Ivanovo State Power Engineering University named after V.I. Lenin ". Ivanovo, 2008. 298 p.

[20] Gaoming He, Mei Wang, Jinming Gan and Chaoxiang Liang, 2014. A New Sector Positioning Method of the SVPWM Reference Voltage Space Vector. Information Technology Journal, 13: 927-933.DOI: https://doi.org/10.3923/itj.2014.927.933 URL: https://scialert.net/abstract/?doi=itj.2014.927.933 .

[21] V. Utkin, J. Guldner, J. Shi. Sliding Mode Control in Electro-Mechanical Systems. Second Edition. Taylor & Francis Group, LLC. -2009. DOI: https://doi.org/10.1201/9781420065619 .

[22] J. Huang, Q. Wang, Y. Sun and X. Tong, "Sliding mode based space-vector hysteresis current control for active power filter," IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Yokohama, 2015, pp. 000678-000682, DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2015.7392178 .

[23] D. Wuest and F. Jenni, "Space vector based current control schemes for voltage source inverters," Proceedings of IEEE Power Electronics Specialist Conference - PESC '93, 1993, pp. 986-992, DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.1993.472040 .

[24] M. P. Kazmierkowski and L. Malesani, "Current control techniques for three-phase voltage-source PWM converters: a survey," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 45, no. 5, pp. 691-703, Oct. 1998, DOI: https://doi.org/10.1109/41.720325 .

[25] A. Fereidouni and M. A. S. Masoum, "A new technique for improving performance of active power filter in power systems with isolated neutral point," 2015 IEEE Eindhoven PowerTech, 2015, pp. 1-5, DOI: https://doi.org/10.1109/PTC.2015.7232249 .