Вибір фільтрових реакторів для промислових електричних мереж

Simple item page
dc.citation.epage14
dc.citation.issue1
dc.citation.journalTitleЕлектроенергетичні та електромеханічні системи
dc.citation.spage1
dc.citation.volume5
dc.contributor.affiliationНаціональний університет “Львівська політехніка”
dc.contributor.affiliationГірничо-металургійна академія ім. С. Сташиця
dc.contributor.affiliationLviv Polytechnic National University
dc.contributor.affiliationAGH University of Science and Technology
dc.contributor.authorВарецький, Ю. О.
dc.contributor.authorХанзелька, З.
dc.contributor.authorVaretsky, Y.
dc.contributor.authorHanzelka, Z.
dc.coverage.placenameЛьвів
dc.coverage.placenameLviv
dc.date.accessioned2024-03-19T09:43:36Z
dc.date.available2024-03-19T09:43:36Z
dc.date.created2022-02-22
dc.date.issued2022-02-22
dc.description.abstractБільшість сучасних промислових електричних мереж характеризується значним вмістом нелінійних навантажень, які створюють багато проблем в експлуатації. Одним із найефективніших засобів зниження спотворення напруг в електричній мережі є силові фільтри гармонік. Застосування силових фільтрів дає змогу вирішувати два основні завдання – зменшувати гармонічні спотворення вхідного струму системи електропостачання і компенсувати реактивну потужність навантажень. Вибір номінальних параметрів фільтрових кіл здійснюють, як правило, на підставі робочих характеристик електричної мережі у стаціонарному (усталеному) режимі. Проте досвід експлуатації показав, що такий підхід не завжди забезпечує безаварійну експлуатацію фільтрів, і основна причина полягає у неврахуванні перехідних перенапруг і надструмів під час вибору параметрів фільтрових конденсаторних батарей і реакторів. У статті розглянуто проблему вибору номінальних параметрів фільтрового реактора як одного із двох основних елементів фільтра для промислових електричних мереж зі значною інтенсивністю комутаційних подій. Показано, що для таких електричних мереж необхідно враховувати перехідні перенапруги та надструми для коректного вибору параметрів фільтрових реакторів. Проаналізовано основні параметри фільтрових реакторів та розглянуто особливості їх розрахунку. Наведено характеристики перехідних процесів у схемах фільтрових реакторів, спричинені основними технологічними та аварійними перемиканнями в промислових електричних мережах із нелінійними навантаженнями. Показано, що повторюваність різних типів комутаційних подій неоднакова, і це також потрібно враховувати, визначаючи параметри фільтрових реакторів. Розвинено метод визначення критичних перехідних надструмів і перенапруг у схемі фільтра під час розрахунку проєктних значень номінальних струмів і перенапруг фільтрових реакторів. Використання цього методу для проєктування силових фільтрів дасть змогу уникнути можливих пошкоджень фільтрових реакторів через перегрівання обмоток і прискорене старіння ізоляції у ході експлуатації, спричинені інтенсивними перехідними процесами в контурі фільтра.
dc.description.abstractMost modern industrial electrical grids are characterized by a significant content of nonlinear loads, creating many operation problems. Power harmonic filters are one of the most effective ways of reducing voltage distortion in electrical grids. The use of power filters solves two main concerns - to reduce the input current harmonic distortion of the power supply system and compensate for the reactive power of loads. As a rule, the sizing nominal parameters of filter circuits is carried out by the power supply system characteristics in stationary (steady) operating condition. However, field experience has shown that this approach does not always ensure a trouble-free operation of filters, and the main reason is no consideration of transient overvoltages and overcurrents in the sizing of the parameters of filter capacitors and reactors. The article is devoted to the problem of sizing the nominal parameters of filter reactors, as one of the two main components of the filter, for industrial electrical grids with a significant intensity of switching events. It is shown that for such electrical grids it is necessary to include transient overvoltages and overcurrents to the correct sizing parameters of filter reactors. The main parameters of filter reactors are analysed, and their calculation’s peculiarities are considered. The characteristics of transients in filter reactor circuits, which are caused by the main technological and emergency switching events in industrial power supply systems with nonlinear loads, are given. It is shown that different types of switching events have different repetitiveness that should also be considered when sizing the parameters of filter reactors. The method for determining the critical transient overcurrents and overvoltages in the filter circuit in calculating the design values of rated currents and overvoltages of the filter reactors is developed. The use of this method in the design of power filters will avoid possible damage to filter reactors due to overheating of the windings and accelerated insulation ageing during operation, caused by intense transients in the filter circuit.
dc.format.extent1-14
dc.format.pages14
dc.identifier.citationВарецький Ю. О. Вибір фільтрових реакторів для промислових електричних мереж / Ю. О. Варецький, З. Ханзелька // Електроенергетичні та електромеханічні системи. — Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2022. — Том 5. — № 1. — С. 1–14.
dc.identifier.citationenVaretsky Y. Sizing filter reactors for industrial electrical grids / Y. Varetsky, Z. Hanzelka // Electrical Power and Electromechanical Systems. — Lviv : Lviv Politechnic Publishing House, 2022. — Vol 5. — No 1. — P. 1–14.
dc.identifier.doidoi.org/10.23939/sepes2022.01.001
dc.identifier.urihttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/61474
dc.language.isouk
dc.publisherВидавництво Львівської політехніки
dc.publisherLviv Politechnic Publishing House
dc.relation.ispartofЕлектроенергетичні та електромеханічні системи, 1 (5), 2022
dc.relation.ispartofElectrical Power and Electromechanical Systems, 1 (5), 2022
dc.relation.references1. IEEE Std 1036TM-1992, IEEE Guide for Application of Shunt Power Capacitors.
dc.relation.references2. IEEE Std 1531™-2020, IEEE Guide for the Application and Specification of Harmonic Filters.
dc.relation.references3. IEEE Std C57.16™-2011, IEEE Standard for Requirements, Terminology, and Test Code for Dry-Type Air-Core Series-Connected Reactors.
dc.relation.references4. Abdel Aleem, S. H. E., Balci, M. E., Zobaa, A. F., Sakar, S., “Optimal passive filter design for effective utilization of cables and transformers under non-sinusoidal conditions”, 16th Int. Conf. on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 2014. DOI: 10.1109/ICHQP.2014.6842881.
dc.relation.references5. Kawann, C., Emanuel, A. Passive shunt harmonic filters for low and medium voltage: A cost comparison study. IEEE Trans. Power Syst., 1996, 11, pp. 1825–1831. DOI: 10.1109/59.544649.
dc.relation.references6. Yang, N.-C.; Liu, S.-W. Multi-Objective Teaching-Learning-Based Optimization with Pareto Front for Optimal Design of Passive Power Filters. Energies, 2021, 14, 6408. https://doi.org/10.3390/en14196408/
dc.relation.references7. Azab, M. Multi-objective design approach of passive filters for single-phase distributed energy grid integration systems using particle swarm optimization. Energy Rep., 2019, 6, 157–172. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.12.015.
dc.relation.references8. Wang, S.; Ding, X.; Wang, J. Multi-objective optimization design of passive filter based on particle swarm optimization. In Proceedings of the Journal of Physics: Conference Series. J. Physics Conf. Ser. 2020, 1549, 032017. DOI: 10.1088/1742-6596/1549/3/032017
dc.relation.references9. Badugu, R.; Acharya, D.; Das, D. K.; Prakash, M. Class Topper Optimization Algorithm based Optimum Passive Power Filter Design for Power System. In Proceedings of the 2021 5th International Conference on Computing Methodologies and Communication (ICCMC), Erode, India, 8–10 April 2021; pp. 648–652. DOI: 10.1109/ICCMC51019.2021.9418249.
dc.relation.references10. Beres, R. N., Wang, X., Liserre, M., Blaabjerg, F., and Bak, C. L., “A review of passive power filters for three-phase grid-connected voltage source converters”, IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., Vol. 4, No. 1, pp. 54–69, Mar. 2016. DOI: 10.1109/JESTPE.2015.2507203.
dc.relation.references11. Dionise, T. J. and Lorch, V., “Harmonic filter analysis and redesign for a modern steel facility with two melt furnaces using dedicated capacitor banks”, in Proc. Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, Tampa, FL, USA, Oct. 2006, pp. 137–143. DOI: 10.1109/IAS.2006.256496.
dc.relation.references12. Kusko, A., Medora, N. K., Switching of power harmonic filters, Proceedings of 1994 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. DOI: 10.1109/IAS.1994.377531.
dc.relation.references13. Bonner, J. A., Hurst, W. M., Rocamora, R. G., Dudley, R. F., Sharp, M. R., and Twiss, J. A., “Selecting ratings for capacitors and reactors in applications involving multiple single-tuned filters”. IEEE Trans. Power Del., Vol. 10, No. 1, pp. 547–555, Jan. 1995. DOI: 10.1109/61.368355.
dc.relation.references14. Varetsky, Y., Gajdzica, M., The procedure for selecting the ratings of capacitor banks and reactors of the filtering systems // Przegląd Elektrotechniczny, No. 3, 2020, pp. 77–81. DOI:10.15199/48.2020.03.19.
dc.relation.references15. Varetsky, Y., Gajdzica, M., Transients under energizing multiple power filter circuits // Computer applications in electrical engineering, 2016, Vol. 14, pp. 89–100. DOI: 10.21008/j.1508-4248.2016.0008.
dc.relation.references16. IEEE Std 18™-2002. IEEE Standard for Shunt Power Capacitors.
dc.relation.references17. Varetsky, Y., Pavlyshyn R., Gajdzica M., Harmonic current impact on transient overvoltages during filter switching-off, Przegląd Elektrotechniczny, 2013, nr 4, s. 95–98.
dc.relation.references18. Varetsky, Y., Simulation of transients for designing multiple power filter circuits // Computational Problems of Electrical Engineering, 2017, Vo. 7, Nо. 2, pp. 117–123
dc.relation.references19. Varetsky, Y., Gapanovych, V., Fedonjuk, M. Modeling transient surge on filter reactor during external earth faults, Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering, No. 80, 2010, рр. 65–66.
dc.relation.referencesen1. IEEE Std 1036TM-1992, IEEE Guide for Application of Shunt Power Capacitors.
dc.relation.referencesen2. IEEE Std 1531™-2020, IEEE Guide for the Application and Specification of Harmonic Filters.
dc.relation.referencesen3. IEEE Std C57.16™-2011, IEEE Standard for Requirements, Terminology, and Test Code for Dry-Type Air- Core Series-Connected Reactors.
dc.relation.referencesen4. S. H. E. Abdel Aleem, M. E. Balci, A. F. Zobaa, S. Sakar,” Optimal passive filter design for effective utilization of cables and transformers under non-sinusoidal conditions,” 16th Int. Conf. on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 2014. DOI: 10.1109/ICHQP.2014.6842881.
dc.relation.referencesen5. Kawann, C.; Emanuel, A. Passive shunt harmonic filters for low and medium voltage: A cost comparison study. IEEE Trans. Power Syst. 1996, 11, 1825–1831. DOI: 10.1109/59.544649.
dc.relation.referencesen6. Yang, N.-C.; Liu, S.-W. Multi-Objective Teaching–Learning-Based Optimization with Pareto Front for Optimal Design of Passive Power Filters. Energies 2021, 14, 6408. https://doi.org/10.3390/en14196408/
dc.relation.referencesen7. Azab, M. Multi-objective design approach of passive filters for single-phase distributed energy grid integration systems using particle swarm optimization. Energy Rep. 2019, 6, 157–172. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.12.015.
dc.relation.referencesen8. Wang, S.; Ding, X.; Wang, J. Multi-objective optimization design of passive filter based on particle swarm optimization. In Proceedings of the Journal of Physics: Conference Series. J. Physics Conf. Ser. 2020, 1549, 032017. DOI: 10.1088/1742-6596/154/3/032017
dc.relation.referencesen9. Badugu, R.; Acharya, D.; Das, D.K.; Prakash, M. Class Topper Optimization Algorithm based Optimum Passive Power Filter Design for Power System. In Proceedings of the 2021 5th International Conference on Computing Methodologies and Communication (ICCMC), Erode, India, 8–10 April 2021; pp. 648–652. DOI: 10.1109/ICCMC51019.2021.9418249.
dc.relation.referencesen10. R. N. Beres, X. Wang, M. Liserre, F. Blaabjerg, and C. L. Bak, “A review of passive power filters for threephase grid-connected voltage source converters,” IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., Vol. 4, No. 1, pp. 54–69, Mar. 2016. DOI: 10.1109/JESTPE.2015.2507203.
dc.relation.referencesen11. T. J. Dionise and V. Lorch, “Harmonic filter analysis and redesign for a modern steel facility with two melt furnaces using dedicated capacitor banks,” in Proc. Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, Tampa, FL, USA, Oct. 2006, pp. 137–143. DOI: 10.1109/IAS.2006.256496.
dc.relation.referencesen12. A. Kusko; N.K. Medora, Switching of power harmonic filters, Proceedings of 1994 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. DOI: 10.1109/IAS.1994.377531
dc.relation.referencesen13. J. A. Bonner, W. M. Hurst, R. G. Rocamora, R. F. Dudley, M. R. Sharp, and J. A. Twiss, “Selecting ratings for capacitors and reactors in applications involving multiple single-tuned filters,” IEEE Trans. Power Del., Vol. 10, No. 1, pp. 547–555, Jan. 1995. DOI: 10.1109/61.368355.
dc.relation.referencesen14. Varetsky Y., Gajdzica M. The procedure for selecting the ratings of capacitor banks and reactors of the filtering systems // Przegląd Elektrotechniczny, No. 3, 2020. P. 77–81. DOI:10.15199/48.2020.03.19.
dc.relation.referencesen15. Varetsky Y., Gajdzica M. Transients under energizing multiple power filter circuits // Computer applications in electrical engineering. 2016, Vol. 14, P. 89–100. DOI: 10.21008/j.1508-4248.2016.0008.
dc.relation.referencesen16. IEEE Std 18™-2002. IEEE Standard for Shunt Power Capacitors.
dc.relation.referencesen17. Varetsky Y., Pavlyshyn R., Gajdzica M. Harmonic current impact on transient overvoltages during filter switching-off, Przegląd Elektrotechniczny, 2013, nr 4, s. 95–98.
dc.relation.referencesen18. Varetsky Y. Simulation of transients for designing multiple power filter circuits// Computational Problems of Electrical Engineering 2017,Vol. 7, Nо. 2, pp. 117–123
dc.relation.referencesen19. Varetsky Y., Gapanovych V., Fedonjuk M. Modeling transient surge on filter reactor during external earth faults, Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering, 2010. No. 80, рр. 65–66.
dc.relation.urihttps://doi.org/10.3390/en14196408/
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.12.015
dc.rights.holder© Національний університет “Львівська політехніка”, 2022
dc.rights.holder© Варецький Ю. О., Ханзелька З., 2022
dc.subjectпромислова електрична мережа
dc.subjectгармоніки струму
dc.subjectнелінійне навантаження
dc.subjectсилові фільтри гармонік
dc.subjectфільтровий реактор
dc.subjectindustrial electric grid
dc.subjectcurrent harmonics
dc.subjectnonlinear load
dc.subjectharmonic power filters
dc.subjectfilter reactor
dc.subject.udc621.315.21
dc.titleВибір фільтрових реакторів для промислових електричних мереж
dc.title.alternativeSizing filter reactors for industrial electrical grids
dc.typeArticle

Files

Original bundle
Now showing 1 - 2 of 2
No Thumbnail Available
Name:
2022v5n1_Varetsky_Y-Sizing_filter_reactors_for_1-14.pdf
Size:
2.38 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
No Thumbnail Available
Name:
2022v5n1_Varetsky_Y-Sizing_filter_reactors_for_1-14__COVER.png
Size:
370.49 KB
Format:
Portable Network Graphics
Download
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
1.8 KB
Format:
Plain Text
Description:
Download

Collections

Electrical Power and Electromechanical Systems. – 2022. – Vol. 5, No. 1