Новий спосіб керування паралельним силовим активним фільтром на основі модифікованої p-q-r теорії потужності

Abstract

В роботі розкрито основні переваги використання p-q-r теорії миттєвої потужності для побудови швидкодіючих систем керування силовими активними фільтрами, що дозволяють реалізувати як квазісталі так й динамічні режими роботи електроенергетичних об’єктів з активними фільтрокомпенсуючими пристроями, що живляться від трифазної чотирипровідної промислової мережі. В той самий час показано, що використання перетворень p-q-r теорії миттєвої потужності пов’язано зі значною кількістю математичних обчислень, що виконуються мікроконтролером в реальному часі і потребують значної швидкодії апаратної частини системи керування. Запропоновано новий спосіб керування паралельним силовим активним фільтром, що поєднує універсальну p-q-r теорію потужності з кросвекторною теорією. Запропонований спосіб доцільно використовувати в системах керування силовими активними фільтрами, що працюють в трифазних чотирипровідних системах електропостачання з електричним навантаженням любого типу, а також у гібридних системах, коли силова частина перетворювача може використовуватись не тільки в якості фільтрокомпенсуючого пристрою, але й у якості інвертора напруги. Показано, що використання запропонованого способу дозволяє суттєво зменшити кількість математичних обчислювань, які виконуються мікроконтролером системи керування для реалізації сигналів управління силовими транзисторними модулями. Для перевірки працездатності способу синтезовано Matlab-модель реального об’єкту електропостачання з паралельним силовим активним фільтром. Співставлення результатів моделювання для трьох алгоритмів керування силовим активним фільтром дозволило оцінити якість роботи останнього алгоритму, що запропонований у роботі, і підтвердити не тільки його працездатність але й еквівалентність отриманих енергетичних характеристик характеристикам, які були отримані у разі використання універсальної p-q-r теорії миттєвої потужності.

The paper presents the main advantages of using the instantaneous p-q-r power theory to construct high-speed control system for power active filters. It allows to realize both quasistatic and dynamic modes of operation of electric energy consumers with active filter-compensating devices powered by a three-phase four-wire utility grid. At the same time, it has been shown that the use of p-q-r coordinate’s transformations is due to the large number of mathematical calculations performed by the microcontroller in real time and require a high degree of performance of the hardware part of the control system. A new technique for controlling parallel power active filter combining the universal p-q-r power theory with cross-vector theory is proposed. The proposed technique should be used in control systems of power active filters operating for three-phase four-wire electrical systems with electrical load of any type, as well as in hybrid systems, when the power part of the converter can be used not only as a filter-compensating device, but as a voltage inverter. It is shown that the use of the proposed technique can significantly reduce the number of mathematical calculations performed by the control system microcontroller for the implementation of control signals by power transistor modules. The Matlab model of a real power supply system with a parallel power active filter to test the efficiency of the algorithm is synthesized. Comparing the simulation results for the three power active filter control technique allowed to evaluate the quality of the proposed algorithm and to confirm not only its efficiency but also the equivalence of the received power characteristics to the characteristics that were obtained when using the universal p-q-r instantaneous power theory.