In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  3, S ep 2019,  pp.  1 4 5 4 ~1 4 6 0   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 3.14 5 4 -1 46 0           1454     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Voltage regula t ion and pha se q uantity  i n crea se o f two high- p o wer 12-p h ase rectifiers      V a l e r y  S afon ov ,   M i k h a il D z i u b a   D e part emen t  of E lectri c  P o w e r Gen e ratio n  an d  Su pp ly,   S outh  Ural  S tat e  Univers i t y   (national  res e arch uni versity),  R us ia.      Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   Re ce i v e d  A pr 17,  2 0 1 9   Re vise d Ju l 2 2 ,  201 9   A c c e pte d   A ug 3,  201 9       In  t his   articl e ,   we  p res e nt   a   n ew   m et ho d  o f   s im ultan e ou sly   incr easing  the  ph ase  qu ant ity  a nd  regu lat i n g   t h e   r ect ified   v o ltag e  f o r  two   1 2 - p h ase  h i gh - power  rect ifi e rs   o perati ng  a t  a  co mmo n  lo a d .  Se l f -excit ed  v olta ge  i nverters  sep a rately   f orm  th e  n ecess a ry   v o ltag e s  f o r  v o lt age  regu latio n   a nd   f o r   in creasin g  th e  phas e   q uan tit y .   T he  f orm e d  vo lt age  is  i nput  w ith   t he  h el p  o f   a   com m o n   bo os t e r  trans f orm e r.  S eparat in g  th e  i n v e rters  f u n c ti ons  and   usi ng  th e  com m o n   b o o s t e r  t r ansf orm e r  m a kes  i t   p o s s i b l e  to   r e d uce  t h e  inst a lled  po wer  o f   t h e   e qui pm ent  signif i c a nt ly  c o m pared   to   s imilar  ci rcui ts   w hen   t h e  regu lat i on   r ange  o f   t h e  rectified   vol tag e   i s  u p   t o  5% .  Calcul at i ons  s h o w   t h at  th e  i nvert er  power  f or  i ncreas ing   t h e  p h as e  q u ant i t y   i s  abo u t  3 %  o f   t h e   recti f ier  p o w e r.  T he  c i r cui t   w as  m od eled  i n  M a tL ab/S im u l in k  and  t h e   elect rom a gn eti c   p ro cess e s  i n   t he  r ecti f ier  w e re  s t u d i ed.   Th e  p r opo sed   m e th od  m a kes   it   p o ssible  t o   r educe   th e   total  harmoni c   d i s tort i o n  o f   t h e  net w ork   curren t   a nd   t he  p ul sati on   c oeffici ent   o f   t h e   r ect if ied   voltag e   to  t he  v alues   ty pi cal f o r  24 - phase recti f iers .  K eyw ord s :   12- phase  h i gh- pow er  r ec ti f i e r   bo oste r tra n sfo r m e r  self-e xci t e d  vo lta ge  i nve rter s  vo lta ge r eg ula t i o n  u nder  loa d   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Mi kh a i l   Dz iu ba ,   D e pa rtem ent o f   E lec t r i c   P o w e r  G e ne ration  and  S u p p l y,   S out h U r al S tate U nive rsity( n a t i o nal  rese arc h  un i versi t y) ,  76 Len i n pros p e kt,   C h el ya bi n s k,  Russia .   Em ail:  dzi u ba m a @sus u.ru      1.   I N TR OD U C TI O N   Ene r g y   i n d i c a t ors  at  t he  p o i n t   o f  c o mm on  c o u p l i n g  (P CC)   o f  pow e r f u l  r e c t i f i e r s  a n d  t h e  p o s s i b i l i t y   of  r e g u l a tin g  ( s ta bil i zi n g )  t h e   m a gn it u d e  of  t he   r ec t i f i e d   v olt a g e  ar e  ve ry   i mp or t a nt  f or  e l e ctr i ca l  e q u i pm ent  w ith  r ect ifiers.   V a rious  m e t h ods  a r e   u se d  to   r e g u l a t e  t h e   ma gn i tu de  o f  t h e   vo l t a g e,   s uc h  a s   s te p  re g u l a ti on  of  the  vol ta ge   o f  t h e  tra n sfor me rs  u n d e r   l oa d,  s a t ura b le  r e a c t o r ,   e t c .   [ 1,   2 ] .   T he  m ost  promi s i ng  m e t h od  is   t o   us e   self-e xci t e d   v o l t a ge  i nvert e r s  w ith  a   D C   l i nk   [ 3-5].  Com p e n sa te d  r e c t i f ier s   a n d   c irc u its  w it h  a  lar g e  n u m b er   of  p hases   ar e  use d   t o   impr ove   t he   e nerg y  in d i c a t o rs  a t  P CC  [6-1 1 ] .   A c t i v e  f i l t e r s  c o n n e c t e d  i n   s e r i e s  a n d   para l l e l   a t t h e   di ffe re nt p o i n t s   of  r ec t i fie r  c i r cui t s  [12,  13]   a re  also use d  for  t his  purp o se.   S e pa rate  t ec h n i c a l  e q u i pme n t  is  u se d  t o   r eg ula t e  the  re ct ified  vo lta ge   [ 6,  8 ]   a nd  i m prov e  the  e n erg y   in dic a t o rs  [ 6],  [1 4-1 6 ].   A n  i n cre a se  o f  the   t o ta l   ins t al le d  c a p a c i t y  of  t he   e qu ipm e nt   l e a d s  t o   a n  inc r ea se  i n   cos t ,  w e i g h t   a n d   s ize   of  t he   e qu i p me nt.  The   prob lem   is  t o  e n sur e  the  re q u i r e d   pow er   q ua li ty  a nd  the  vo l t a g e   regu la ti on r a n g e   w hi le  re duc i ng t h e i n s t al le d   c a pac ity  o f the   e qui pme n t.  C i rcui ts  f or   p h a se   s pl itt i ng  w i th  a uto t ra nsfor m e r s [7, 17, 18]  a l l o w   us to ma i n ta in t h e   v o l t a ge q ual i t y   at  t he  P C C   w it hi n  the   sta nda rd  v a l ues   (I EC  6 1 0 00).   The   insta lle d  c a p ac it y  of  t ra nsfor m e r   e qu i p me nt   i n  s u c h   schem e s  i s   s m a ll,  b u t   t hey  d o   not  h a v e  a   g a lva n ic  i s o la t i on,  w h ic h  is  m anda tor y   f or  h i gh- pow e r   c i r c u i t s.   I n   add i tio n,   e i t h e r   a ddi ti o n al   t r a nsform er   e qu ipme n t   o r   a   v o l t a g e  re gul at or  i s   n eed ed   t o  reg u l a t e   t h e   v olt a ge  ma gni tude   i n h i g h -p ow er  circ u its.   A   spe c ial  re g u la ti ng  trans f or me r  and  a   pas s ive   fi l t e r   c on ne cte d   t o  it  [ 1 0 ]   i s  use d   t o  r e gu la te  t he  rec t i f i e d  v o lta ge   a n d   r educ e   the  t o t a l  ha rm oni c   dist ort i on  ( T H D )  of  t he  v ol ta ge  a t   t h e  P C C.  T h i s  sc hem e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Volt a g e  regu la ti o n  an d p h a s e  qu a n ti ty  inc r ea se  of   two  hi gh- po wer 1 2 - p has e  rec t i fie rs (Valery  S a f o nov)   1 455 pro v i d es  t he   r equ i re d  l e ve l  o f   t he  p ow er   q ua l i t y   i n  a l l   oper a ti ng  m o des.   H owever ,  th is  t ra nsform er  i s  cho s en   a t  a  f u l l   p o w e r   t r a n s f e r r e d   t o  t h e  l o a d ,  w h i c h  l e a d s   t o  a d d i t i o na l   e n e r gy  lo sses  an d  an  i nc rea s e  i n   t he  i ns tal l e d   ca paci t y  of t h e e q u i pm ent.   C i rcui ts  w it h  a  con v er ter  w i t h   a   D C  l i nk   a nd  w i t h   D C  direc t - c ur r e nt   buse s   f or   r egula t ing  t h e   rec t i f i e d  vol tag e   o f  1 2 -p hase  a nd   2 4-p h a s e  r e c tifie rs  w ere   st u d i e d   i n  a r t i c l e s   [ 6 ] .  T h e   p o w e r  o f   s u c h   f i l t e r s  i s   l i mit e d   by   t e c h n i c a l   a nd   e co no mi c   f a c t o r s   b e ca use   of   t h e   e xi st i ng  el em e n ta l   base  o f  pow er  e le c t ro nics.   There f ore ,   t he   r ange  o f  v o lt a g e  re g u l a tio n   for   hig h - pow er  r ecti fier s  i s   l imite d  on l y   by  v o l t a g e  r e g u la t i o n   w ithi n   a   s ing l e   sta g e   o f   t he   t ap- c ha nge r  t r ansform e r.   B oo ster  t ra n s fo rmers  are   u s ed   t o  i m p r ov e  t h e  e n e r gy  in dic a t o rs  [ 1 9 ] .   T his  s o lu ti on   i s  th e  mos t   e ffe c t i ve ,  si nc e  t h e   i ns ta lle d  c a p a c i t y  of  t ra nsform er  e qu ipm e nt  i s   re d u ced .  I n  [2 0 ,   21],   a   sche me  w a s  sug ges t ed for i nc r e a s i ng the   p h as e   qu a n t i t y  of tw o  12-p h ase   re cti f iers w ith   a  to ta l  loa d   u p   to  t he  24-p h a s e  r e gime .  The  sc hem e   m akes  it  po s si b l e   to  i m p ro ve  e ne rgy  para me ters   a n d   vo lta ge   r eg ula t io n  a n d  is  e ffe c ti ve  f or  a   l ar ge   r an ge  o f  v o l t a g e  re gu la ti o n   ( mor e   t ha n   25 %  o f   t he  n o m inal   val u e) .  H o w e ve r,  i f  vo lta ge   r egu l a tio n  is  n o t   r equ i re d ,   t r a n s fo rm er   e quip m ent  an d  co nv erter s   w ith  a   pow er  o f  abo u t  13 %   o f t h e   re ctifier  po wer  a r e ne eded   t o  incre a se  t he  pha se  q uan t ity .     T h i s  p a p e r  p r e s e n t s   a   s c h e m e  w i t h  t h e  b o o s t e r  t r a n s f o r m e r s   s i m i l a r  to   t hose   c o nsi d ere d   i n  [1 9]  a n d   an  o ri g i na l  arra ngem e n t   o f  se lf-e xc i t e d   vol ta ge   i nve r t ers.  D ue   to  t h i s,   t he   i ns tal l e d   c a p ac i t y  of  t he   e q u ip m e nt  w a s  r e duce d   w hi le  m ai n t ai ni ng  the   qua l i t y   o f  e l e c t rica l   e n er gy  at   t he   P CC  a n d  the   con t ro l  ra nge   o f   th e  r e c t if ie d   v o l t a g e .       2.   CIRCUIT DESCRIPTIO N   A   circ ui t   of  t w o   1 2-p h a s e   r ecti f ier s   w it h  a   com m on  loa d   a n d   a   d e v i c e  f o r  regu l a t i ng  t h e  re ct ifi e d  vo lta ge   m a g n i t ude  a n d   i nc rea s i ng  t h e  rec t i f ie r  phase  q uan t it y  a re   s how n  in  F i g ure  1.   S elf- exc i te d  v o l t a ge  in verter s S V I 1  a n d  S V I 2 re gu la te t he  vo l t a ge a nd pa ss  o n t h e ne c e s s ary   acti v e   po wer  fro m  t h e   po we r ne t w o r k   or  r ec ti f i e r   b use s   t hr ou g h   t h e   c on verte r .  S V I3  i nc rea s e s   t he   p h ase   q u a n tit y   of  t he  t w o   12- pha se  r e c tif ier  up  t o   the   mode   o f  a  24- phase   r ecti f ier.   I f  the  inve r t er  e lem e n t s  ar e   i d ea l ,   t he n  S V I3  does   n o t   c ons ume   a c t i v e   pow er  and   ca n   w o rk   w i t h  a   ca pac iti ve  e ne rg y  acc umula t or.   Boo s ter  tra n s f o r m e r s  w i t h  a  s p e c i a l  d e s i g n   i n p u t   t h e   vo lta ge s  dE 1  a nd  dE 2,   f orm e d  b y   S V I 1-S V I3a n d  LC- f i l te rs  F 1-F 3 ,  int o   t he  s w itc h i n g   c ircu its.  The   w i n d i n g   end s  of t h e  boo ster  transf o rme r s in F igures  1  and  2 ha ve  t he  s a m e  de s i g na t i on.   More  de t a ile d   sche me s o f  bo o ste r   t ra nsform ers T1  s how n i n  F i gur e 2(a)   a nd   T 2   sh ow n   i n   F igure 2 ( b )   use d   a re   s h o w n   i n  F i g u re  2 .  The   e n d s   o f  w i n d i n gs  w i t h  num ber   o f  t h e  w i n d i n g   t u r n s  w ,   w 1  a n d  w 2   respe c t i ve l y   a re  i n d ic ate d   b y  the  s y mb ol  " *" .  The  inp u ts  ( A 1 ,  B 1,  C 1)   o f  t h e  prima r y  w i ndi ng s  of  t he  b oos ter   trans f or me rs  a re  c on n e cte d   t o  the   hi g h   v ol tage   i np u t s  of  t he  p o wer  t r ansf orm e r s . T he  i nput s  (A,   B,   C )  ar e   con n ec ted  to  t he  p ow er   n e t w o rk,  the  ou tpu t s  (a1,   b1,   c 1)  a r e   c o n n e c t ed  t o  t h e  S V I3  c on verte r ,  w h ic h   incre a ses  t h e  p h a s e  q u a n ti ty,   and  the   o u t p u t s  (a ,  b,   c )   are   con ne c t ed  t o  S V I1  a nd  S V I2,  w h ic h  r e gu la t e s  the   vo lta ge.           F i gur e 1.  The  circ u i t   o f tw o 1 2 - phase  re c ti fiersw it h a   com m on lo ad      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   145 4   – 1 460  1 456 (a)   (b)    F i gure   2.  D etai led  sc hem a tic  o f b o o ster  t ran s form er s T1 a nd T2       The   se co n d ary   w i nd ing s   o f  b ooste r  tra n s f orm e rs  T 1  and  T2  a re  c o n n ec te d  in  s uc h  w a y  as  t o  prov i d e   a  phase   s h i ft  o f  the  first  harm on i c   o f  the   curr ent  by  + 7 .5  a nd  -7. 5   d e g re es,  re spect ive l y.  F or   t his,  t he  n um be r   of  w ind i ng t u rns  must sat is fy  the  r e l a tio n.      . °   . ° .  ( 1 )     The   va r i an t  o f   t he   b oos ter  tra n sfor me rs  T 1  a nd  T 2   s how n  i n   F ig u re   2   i s  n o t  the   o n l y   one   poss i b l e.  I t  is  i mp orta nt   t ha t  t h e   first   h a rmonic s   o f  t h e  sec o nda r y   w in din g s   c urre nts  of  t he   b oos ter   tran sfor me rs  a r e   op p o site  i n  p h a s e  w h en  S VI3  is  opera t i n g .       3.   MATHE M A T ICAL MODEL  I n  t h i s   s e c t i o n ,   i t   i s  e x p l a i n e d  t h e  r e s u l t s  o f   r e s e a r c h   a n d   a t   t he  s a m e   t i m e   i s  gi ven  th e   com p rehe nsive   disc uss i o n .   Re su lt s ca n be pr e se nte d  in F i gu r e s,  graphs, tab les an d o t hers t hat m a ke  t he rea der  un dersta n d   easil y [2,   5]. The  di s cuss io n  can  b e  ma de in  se v e ra l  sub-cha p t e rs.  Wh en   a sse ssi n g   t h e  in st all e d  c a p a ci ty   o f  a d dit i on a l   t ran s fo rmer   e qui pme n t   in  t he  c ircui t   s how n  in   Figure   1,  t he   i nsta lle d  c a p ac itie s  of  b o o s t er  t rans fo r m e r s  w e r e  t a k e n  i n t o   a c c o u n t .  T h e  c a l c u l a t i o n s  a r e  m a d e   in ac c or da nce  w ith  [ 2 2 ].   The   de pen d e n c e   o f  t h e   boo ster   t ra nsform er  pow er   on  the  re gu l a ti on  ma gnit ude aU /U ( U –  adde d  v o lta ge,  U – pha se  to gro u nd  vo lta ge  o f  the   gri d )  is      "  ( 2 )     The   i n sta l l e d  p o w e rs  a re  equa l to.  S a d E aI , S a d E aI ,  S " a d E " aI "  for one of  the  p h ases  o f  t h e   prima r y  w i n d i n g   a nd  the   com p o n e n ts  o f  the  se c o nda ry  w in di n g   o f  bo os t e r  tra n sf orme r  respe c t i ve l y .  The   cur r ents  o f  the  w i nd i n g s   a r e   d e t e r m i ne d  by  t h e  l o a d   a nd  are   e qual  t o I I K ,  w h er e I –  pha se  c urrent  s how n  i n   F i gur e  1  and K –  tra n sf orm a tion  ra tio.   The  volta ge  o f  the  prima r y  w i n d in g  is  c reate d   by t h e  S V I 3   c o nve r t er  t o  incre a se  t he  p hase  q uan t ity I U si n   7 . 5 °  a nd on e  of the  S V I 1 or S VI 2 conve r t ers  to  c on trol the   v ol ta ge U " a a U . The pha se shift be t w e e n   t hese   c omp one n t s  of  t he volta ge  i s 90   e .  degree s,  henc e t h e  w i n d i n g   v olta ge  is       sin 7. 5 °  .  ( 3 )     The   w i n d i n g  v ol t a ges of sec onda r y  w in di n g  par ts  s h o w n  i n F i gue r  2  a re equal     .°   °  , "  . °  °   ( 4 )     Whe n   p e rfor m in g  t h e  ca l c u l a tio ns,  it   w as  a ssume d  t h a t   t h e   phase   s hi ft  b etw e en  p ha se  c urre nt   a n d   vo lta ge  i s  15  e l .  degr ees  a n d   t he   r ec ti fie r   p o w er  i s  equa l P 6 U I c o s  1 5° .  Ta kin g   i n t o  ac c o u n t   ( 2-4),   w e   get   the   rela t i v e   (norm a lize d   t o  the   rec tif i e r  pow er )  insta l le d  ca paci t y   o f  tw o  t h re e-phase   b oos ter   tra n sform e rs  in t he  f orm  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Volt a g e  regu la ti o n  an d p h a s e  qu a n ti ty  inc r ea se  of   two  hi gh- po wer 1 2 - p has e  rec t i fie rs (Valery  S a f o nov)   1 457   . °     . °  . °   °  ° .  ( 5 )     To   e sti m at e  th e   i n st a l l e d   po we r  o f   c onvert e r s  SVI1 ,  S V I2 ,  an d   S VI3,   i t  was  assum e d  tha t   t he  con v er t e rs  w er e  re pl a c e d   b y  idea l   v o l t a g e  s ourc e s.  F or  o n e   o f  t he  p ha se s  of  t h e   c on ve r t e r   S V I 3  inst all e d   pow er  is.      . ° 2    ( 6 )     The   ca l c ul a t i o n  use d   t he  r at io I  I  /n   f or  t he  h a r monic s   o f  the   netw ork  c u rrent  f or   a   t hree - pha se  b rid g e   c i r c u it  i n   w hi c h   t he   s w itc h i n g   proce sse s  w e re  n ot   t a ke n  i n t o   a c c o u n t .  It  w as  a ls o  t a ken   i n t o   ac cou n t   t ha t  t h e   cur r ent s   o f  t h e  1 1 th  a n d  13 t h har m on ics  ar e   la r g er th a n  t h e  o t her harm on ics  i n   S V I 3.  F or  one  pha se  o f t h e   SV I1 a nd S V I2 c on v e rter s,  the  i nsta l l ed  capa c i t y  i s           ° .  ( 7 )     Ta k i n g   i n t o  ac cou n t   ( 5-6),   w e   g e t   t he  r e l a t i v e   (n orm a lize d   t o  t he  r ect i f ier   pow er)   ins t al l e d  c a p ac it y  of  t hre e - p h a se  c on verter s S V I1,  SV I 2 , a nd S V I3 in  t h e   for m       °  . °     °  ( 8 )     Ca lcu l a t i o ns  o f  the   i n s t a l l e d   p o w e r  of  t he   t rans for m e r   e qui pm en t   a n d   the   i n s t a lle d  p o w e r   of  t he   con v er t e rs  f or  a n   al terna tiv e  c i rcu i t  [2 3]   a r e   m ade  in   t he  s am e   w a y .  I n   eac h  ca se ,  the   de pe n d ence   i s   deter m i n ed  b y the  ex press i o n     "  . °   ° .  ( 9 )     The  dependences  ( 5 ,   9 )   of  t he  boo ster  t ra nsfo r m e r s  po w e r  on  t h e   v ol tage  r egul a t ion  dep t h  k  a   for  a  circuit   w i th  a   g e n e r al  vol tage  r egul a t ion  and  phase  quantity  i n crea s e   ( re d )   [ 23]  a nd  fo r   a  ci rc ui t  w i t h   s e p a r ate   converters  for  phase  quantity   i ncrea s e   and  fo r   vol tage  r e gulat i on  (blue)  a re  s how n  in  F igure  3 ( а ) .  S i milar  dependences ( 8 ,  9)  fo r the tot a l   converte r s po w e r  a r e   show n   in  F i gure   3 ( b).        (a)   (b)   F i gure  3.  T he de p e n denc e o f  the  b o o s t er  tra nsf o rme r s pow e r  (a)  and  t h e   c o n v e r ter  pow er   ( b)      Taki ng   i nt o   a c c o unt   t h e   a ssump t i on s  mad e   a b o v e ,  t h e   ext e rn al   c h a r ac t e ri sti c s  fo r  t h e   co nsi d ered  schem e   a re c alcula te d  i n  the  s tan d a r d w a y [22]  a nd   h a v e   the   for m        ,   ( 10)    wh ere U  –rec t i fie d   v ol ta ge  i n  i d le  m o d e  w i t hou t  re gu l a t i o n , I –r ect ifie d  c u rre nt ,   an d x  – s w i t c h i n g   circ u i t  resis t a n ce.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   145 4   – 1 460  1 458 4.   SIMU L A TION  MODEL ING  To  m ode l   t h e   pow er   s u p p ly  s ys tem ,   w e  use d   а   t hr ee- w i n d i n g  c o nve rter  t ransfor m er  w ith  windings   vo lta ge  o f  10  kV   a nd  62 0  V ,   pow er  o f  1 0   M W,  a   s hor t-c i r c u i t   o f   vo lta ge  8 .4%   an d   short-c i r c u i t   pow e r   83 k W .   The   fr e que nc y  of  p o w e r   s upp l y   i s  50  H z .  T h e   gr i d   r esista n c e  i s   a bo u t   12%   o f  the   re si s t anc e   o f  t h e   sw it c h i n g  c i r c ui t.  T he  l oa d  pow e r   w a s   a ss ume d   t o   be   1 9  M W .  T h us ,   t h e   l o a d  c u r r e n t  i s   2 0   k A ,  a n d  t h e   rec t i f i e d  vol tag e   i n  t h e  i d le   m ode   i s   9 5 0   V .  The  in d u c t anc e   o f  th e   equ a l i z i ng   r ea ct o r s  wa s  as su me d   to   b e   6 . 6  mH ,  w h ic h  en sure s  tha t   t her e   i s  no  pu lsa t ion  o f   t he  r ect i f ie d  c urre n t .  At  t he   g ive n   l oa d,   t he  d ura t ion   o f   t he   swi t c h i n g   p r o c e ss  i s   a b out   15  e.  d eg re es.  Th e  c h o s en   p a r amet ers   o f   t h e  mo d e l   a r e   typi ca l   fo r  po we r  su pp ly   systems  for  electrol ys is  p lants.  I t   w a s   a s s u m e d   t h a t  t h e  b o o s t e r  tra n sform e rs  a nd  diode s  w e re   i deal.   The   con v er sio n   f ac tor   for   the  boos t e r   transfor me r is  3 .     The   mo du la t i o n   freq u e n c y   o f  the   se lf-e xc i t e d   v ol tage   i nve r t ers  was  1 0 0 0   H z.   T he  p ara m e t ers  o f   t he   in put  L-sha pe d   fi lte rs w e r e eq ual   for S V I1,   S V I2,   and S V I 3  L1  =   L 2 =  L3 = 0. 1   m H and  C1 = C2 = 2000 mF ,   С 3  =  5 00   m F   r e s p ect i v el y .   T hi s   en sur e d the transm is sion  r ati o  a t   t h e   fu n d a m enta l harm o n i c K 1   =  K 2 =   0. 987,   K 3   =   1 . 005,   a t  the   mo du la ti on  freq u e n c y   1   k H z ,  t h e  fr eque nc y  o f   t he   c on se cu t i ve  r e s on anc e   o f  t h e   in pu t   r e s i s t a n c e  i n   t h e   i d l e   m o d e   f 1  =  f 2   =   3 5 6   H z ,   f 3  =  7 1 2   H z ,  a n d   TH D  of  t he  v o l t a ge  a t  t h e  fi l t er  e n t ranc e   KTHD1 =   KTHD 2 =   4 .67   %,   K THD3 =   4 2 . 96 %.   S i mulat i o n  of  t h e   p ow er  s up p l y  sys t e m   w ith   t he   a bo ve  p ara m eters   w as   p erf o rmed   i n   Ma tLab /Sim u l i nk.       (a)   (b)    F i gure   4 . The  time depe ndences  o f curre nt s       The   time   depe nde nce s  o f cur r e nts  I1  a n d  I 2 show n in F i g ure 1 fo r   o n e  p h a s e of t he  1 2-ph ase   re cti f i e r   (dashe d  l i ne,   s o l i d  l i ne)  an d  t h e  ne tw ork  c u rr ent  I   ( d ash-d o tte d  li ne)   a r e  show n  in  F ig ure   4 ( a).  SV I3  p rov i des   a n  a dd it io n a l   i n put   v o l t a g e  to  e a c h  o f   th e   12-p h a se  r ec ti fi e r  s uch tha t   t he  d io des sw i t c h in g proc es ses of one  o f  t h e   r e c t i f i e r s  a r e  s h i f t e d   r e l a t i v e   t o  t h e  p r o c e s s e s   i n  t h e  o t h e r   r e c ti f i er  b y   1/24  of  t he  n e t w o r k   vol tage   p e r i od.   H a r m onic  ana l ys i s   o f  t h ese  c u rre nt s  s how s  tha t   T H D   i s   7 . 8 %  for   the  c u r r ents  I 1  an d  I2   a nd  is  1 .4%  f o r  the   curr ent  I.   T he   1 1t h   an d  1 3 t h   c urre n t   h ar m oni c s   r e m a i n   in  t he   n e tw or k   c u rr ent   I,   but   t he ir  m a g n itu de  i s   sign ifica n tl y  reduc e d  w he n S V I3 is ope rat i n g .  The   c u rre nts  I 1 ’  an d  I2’  o f   t he   s ec on dar y   w i n di n g s  of  t h e   b o o s t er  t rans f o r m ers  (sol id  l ines)  and  the  in put   c ur ren t   I ’   of  t he   S V I 3  ( d ashe d  li ne)  ar e  show n  in  F igure  4(b) .  H a r m onic  a n a l y s is  o f  t h ese   c u rre nt s   sh o w s  th at  t h e  c u r re n t s I1 ’ a n d   I2 ’ o f  th e  win di n g s  are   oppo si t e in  p ha se  an d  t h e  in put  curre n t   I ’  co nt a i ns on l y  t h e   11t h   and   13 th  h a r mo ni c .   The   re cti f ied   vo lta ge,   con s truc t e d  a t   p ha se  s h i ft  b e t w e en  t he  i n p u t  vo l t age s   o f  the  p o w e r   trans f or me rs,  equa l  t o   4   d egr e es  ( da shed  l i n e)  a nd  15  e.  d egre e s  ( s ol id  l i n e)  i s  sh ow n  i n   F ig ure   5.  S p e ctral   a n al y s i s   o f   t h e  d e p e nd en ce s  sh o w s  th at   i n   t h e  re c t i f i e d   vo lt ag e ,   w h e n   t he   pha se  qua n tit y  of  t he   r e c tif i e r  incre a ses,  t he 1 2t h ha rm on i c  re m a i ns,   gra dua ll y dec r ea s i n g   i n  m a gnit u d e .       5.   RESULT S   A N D   DISCU SSIO N   The   t r ans f ormer   e q u i pm en t  p o w e r   i n   t he  c o n s i dere d   case   i s   s ome w h a t   hi g h e r  du e   to   c on st ru ct io n  o f   the  bo oste r  t r ansform e r .   T he  t o t al  pow er  o f  the  c o n v e r ter s   i s  m uch  l o w e r .   If  the r e  is  n o   ne ed  f or  v ol ta ge   regu la ti on  i n   t he   c irc u it,  a n  i n cre a se  o f  pha se  q uan t ity  i s  ac h ie ve d  b y   a   c on verte r   w h o s e  p o w e r  is  3 %  of  t he   rec t i f i e r ' s  pow e r ,  ver s us  1 3%   i n  t h e  a l terna t i v e  ver s i on  [23] .  This  i s  beca u s e   i n   t h e   p r o p o se d  c onstruc ti o n ,  t h e  curr ent  of  t he  f irst  h arm onic  doe s  n o t  fl ow   i n  t h e  c o n v erter .   W he n  t h e   de pt h   o f   v ol tage   r egu l at i on  i n c r ea se s,  th i s   r ati o  is re d u ced,   bu t i n   a n y  c ase  t h e   sche me  under   cons i d e r a t i o n   r em ains m ore   profita ble.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Volt a g e  regu la ti o n  an d p h a s e  qu a n ti ty  inc r ea se  of   two  hi gh- po wer 1 2 - p has e  rec t i fie rs (Valery  S a f o nov)   1 459     F i gure   5 . The   t ime dependences  o f   re ct ified volt a ge      The   re sults  o b t aine d  i n   t he   s im ulat i o n  are   cons is te nt  w i t h  the  re su lts  o f  [22]  i n  mul t i p h a se   c i r cui t s   bo th  i n  t h e  net w ork  curr en t  c u rve  a n d   in  t h e   r ec t i fie d   v ol ta ge  c u rve .   T h e   r ec t i fie d   v ol ta ge  c urve   s ho w n   i n   F i gure 5   doe s  not  f ul l y   c oi nc i d e  w i t h   t he   c la ssi c a l   c urve   o f  th e   2 4-p h ase  r ecti f ier .   H oweve r ,  the   d i ffere nce  in  the r i pp le  c oe fficie n t  be t w een  t hem   is i nsig n i fica n t .   A   harm onic  a n aly s i s   o f  the s e   curre nts  show s  t h a t   t he   T H D   i s  7.8 %  f o r  the  curr ents   I 1  and  I2,   and  1.4%  f or   t he   c urr e nt  I .  A   sm all   i n duc ta nc e  o f   t he  s w i t c h i ng   c ir c u it  a n d   shor t  sw i t c h in g  ti m e   o f  d i o d e s  ar e   ty pic a l   for  re cti f iers  a t   l o w   vo l t age s   a n d   p ow e r .  Thus,   th e   TH D   o f  t h e   gri d   c u r rent  i s  5.0 4 %  in   [ 7].   The  si m i lar  coe ffic i en t  i s   e qu al  t o  0.7 8 %   i n   [ 1 0 ],  w her e   t he   c l a ssi ca l  24 -phas e   r e c t if i cat ion   mo de  i s  si mu l a t e d .   The  i n cr ease   i n   t he   T HD  of  t he   g rid  c u rr ent  in  t he   c o n s i d ere d   s chem e  wi th  r es pect   t o  the  va lue   i n   [ 10]  in dic a t e s  t h a t   t he   1 1 t h  a n d  1 3 t h  ha rm on i c s  i n   t he  n etw o rk  c u r re nt  c ur ve  a re   not   c omp l e t ely  e l imina t e d   i n  t h e   schem e   s h o w n   i n   F i gur e  1.  A   g ene r al  a na lys i s  o f   t he  o b t a i n e d  cu r v e s   s h o w s  tha t   t he   r ecti f ier  ope ra ti o n   m ode   is  c l o se  t o  t h e  ope ra ti o n  of  a 24- phase  r ec tifier .   The   p r o p o se d  sc hem e   s how n   in  F ig ure   1  m a ke s  it  poss i bl e   t o   i ncr e a se   t he  p hase   q ua nti t y  a nd  t o   regu la t e   t he  o ut p u t   vo l t age   of  t he  r ec tifier ,   c onsis t i ng  o f   t w o   p ow er fu l   12-p h ase   rec tifie rs  o pera tin g  a t   a   com m on  loa d .   In  t h i s  sche m e ,  se p a ra t e   i n v e r ter s   a nd  co m m on  tran sform e r   equipm en t  i n cre a se  t h e   pha se   qua n t i t y  an d r e gu la te  t h e  vo l ta ge.       6.   CONCL U S ION   I n   t he   c o n s i de red  sche me   s how n   i n   F i gure   1,  s er i a l ,   w i d e-spre ad   t hree -w in din g   t ra nsf o rme r s  and   rec t i f i e r  bri dge s  are   use d   a s  a  12- phase   r ect ifier .   T h i s  a l l o w s   u s   t o   a p p ly   t he  p ro pose d   s o l u t i o n  o n   t he   a lr ead y   in sta l led  1 2 -p h a se   r ec t i fie r .  T hus,  it  is  p ossi ble   t o   i m p ro ve   t h e   q ua li ty  o f  e l e c t ric i t y   w it ho u t   r ep lac i n g   th e   ma in proc e ss e q u i pm ent,  w hic h  pro vi des  si g n i f ica n t  fina nc i a l  sa v i ngs.   The   prop ose d   s chem e  m a ke s  it  p o ssib l e  t o   r educ e  the  t o ta l   p o we r  o f   i n v e r t e r s   i n  c o m p a r i s o n   w i t h  a   schem e   i n  w h i c h  t h ese   fu nc ti ons  a re  p e r for m e d   b y   a   com m o n   i nve r ter.   T o t a l   pow er  i s   reduc e d   f r o m  20 %  to  13 % w i t h  a  re g ula t i o n  range  o f  5% of t h e  rec t i f ied  v o l ta ge.  U s in g  s i mu la ti on   i n   MA TLA B / S i mul i nk,  w e   ha ve   s how n  t h a t   t he   e le c t ro ma gnet i c   proc esses  in   t h e   pro pose d  sc h e m e are  close  t o   t he m ode  o f a   24- pha se r ect ifier   i n re lat i on  to  b o t h  gri d  a nd  load.       REFE RENCES  [1]   H.   X u,   e t  al. ,   "Coord i n a te  C on tro l   S t r ategy   f o r  Cu rrent  S t a bili z a tion  i n   a n  Al u m inu m   S me lter  Incl ud in g  on   L oa d   Tap Changer,"  En erg y  an d P o we r  En g i neeri n g , v o l . 5 , p p.  1 41 0-1 4 1 4 , 2 01 3.   [2]   C.  A .   M a hrez  and  G.  d e  P r éville,  "Gl o bal  curre nt  r egul ation  a n d   A h  com p ens a tio n  f o r  alu m inu m   e lectro lysis  su bs ta ti on, "  2 0 1 5  17 th   E u r opea n  Con f er ence on   P o wer El ectr onics a nd A pplica t i o n s   ( E PE'15   ECCE-Euro p e),  p p .   1-8 ,   2 015 .  [3]   T.   H .  Ng uy en,   e t   a l. ,   " A   S eri e s-Co nn e c t e d  T opo lo gy   o f   a  Di od e   R ec t i f i er  a nd  a  V o ltag e -S o u rce  Con v ert e r  f o r  an  HV DC  T ra ns m i s s ion   Sys t em, "   IEEE T r an sa c t io ns  on  Po we r  Ele c t ro nic s ,   v o l .   29 ,   p p .   1 579 -15 8 4 ,   A pril  20 14 .  [4]   M .   M ako s ch it z,  e t  al.,  " C o n trol  C o n cep ts   f or  H yb rid  Re ct ifi e rs  Ut il iz in g  a   F l y i ng   C on ve rte r   C e l l  Ac tive   Cu rre nt   Inj ection   Un i t , "   IE EE   T r a n s a cti o n s  o n  Power   El ectr oni cs ,   vol.  3 2 ,   p p .   2 5 8 4 - 25 95,  Ap r il   2 0 17.  [5]   Y.  I .  K h o k h l ov,  e t  al.,  " E l ect ro m a gn eti c   P rocesses i n  P o w e r  Tra n sf o r mers wi th  V ect or  C ont ro l , "  J o urna l Ru ssia n   El ectr i cal En gi n eer ing , vo l .   87 ,   p p .  4 5-4 9 , 2 01 6.   [6]   Y.  I .  K h o khlo v ,  et  a l .,  " O ut put  a n d   p o w er  p er fo rm ances   o f   tw elv e-p h as e  co m p ens a ted  rectifier  s w ith   v ect o r   con t ro l,"  Bu ll etin o f  t h e  South Ur al St a t e Uni ver sity S e r i es “Po w er E ngin e er in g ,   v o l.  14 , p p.  3 7-4 5 , 20 1 4 .   [7]   X.  Q .  Ch en ,  et  a l.,  "Th i rt y - Six   Pu lse  Rectif ier  S c h e me  B ased  o n   Z igzag   A u t o - Co n n ected   T ransf o rm er,"   Ar ch ives  o f   El ectr i cal En gi n eer ing , vo l .   65 ,   p p .  1 17 -1 32 , Ma r ch  20 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   145 4   – 1 460  1 460 [8]   X.   G .   M a ,   et   a l . ,   "Th e   V ol tage  O u t put  C haracte r i s t i cs  o f   New  24 -P uls e   R ect ificat io n  Sy st em   under  Un balan c ed  S o u r ce Vo ltag e," in   M a ter i als Scien ce  an d In fo rm ation   T echn o l o g y , P ts 1 -8, pp .   3 8 2 0 - 38 25 , 20 1 2 .   [9]   S.  F ukuda,  e t  a l . ,   "An  Auxiliary -Supply-A ss i s ted  Harmoni c   R educ ti on   S chem e f or  1 2 - P u l s e  Dio d e R ecti f iers,"   IEEE   T r a n sa cti o n s o n  P o wer  Electro nics ,   v o l .  2 3 ,  pp.   1 2 7 0 - 12 77,   M ay 2 00 8.   [10]   M .  A l - M a h a r i ,   e t   a l . ,   " A  N e w  A l u m i n u m   P o t   L i n e   R e c t i f o m e r   S c h e m e  w i th  E ff ecti v e  H a rmo n i c   S upp ression  Capability,"  Inter n a t io na l  Jou r nal  of P o wer Electr o n i cs a n d  Drive  Sys t em ( I JPEDS ) ,   v o l .  9,   n o  4 ,   pp.   1 57 3-1 5 8 3 ,  Decem ber  201 8.   [11]   V.  G arg ,   e t  al.,   " 24-P u ls e  AC-DC  Con v ert e r  f o r  H a rm on ic  M iti g at io n, "   IET  Power  Electr o n i cs ,   v o l.   2 ,   pp.   3 64 -37 4 ,  July  2 00 9.   [12]   T.  R ajesh  and  A.  N irma lkuma r   " A  S h unt  Act i ve  P ower  F il t e r  f o r  1 2  P u ls e  Con v ert e r  Us in g   S o urce  Curre n t   Det ectio n  Ap pro ach ,"  Int e rn at ional  Jo ur nal  of Power  E l ectron i cs   a nd  Dr ive S y st e m  ( I J P ED S ) ,   vol.   7,   pp.   2 25 -234 ,  20 16 .   [13]   H.  F uj i t aand,  H .   Akagi ,   " The  un if ied  power  qual i t y  cond itioner:   T h e   i ntegrat i o n   o f  series   acti v e  fi lters   and   sh unt  acti v e  filt ers,"  PESC Record. 27t h  A n nual IEEE  Powe r Elect ron i cs Speci alists  Co nf erence ,   Baven o ,   vo l. 1 ,   p p.   4 9 4 - 50 1,   199 6.   [14]   X.   Q . C henan d   H .   Qiu .   " Z i g z ag  C onn ected   A ut otran s f o rm e r-Bas ed  2 4 -Puls e   A C-DCConvert er,"  Internation a l   Jou r n a l  o f  Em er gi ng  El ectr i c P o wer  Sys t ems  v o l . 1 6, p p . 23 - 32 , F ebru ary 2 0 1 5 .  [15]   V.  S h e e l va n t ,  e t   a l. ,  " I mp ro ve   m e n tin  Ha r m on ic   R e d uc tion   o f   a   Z ig zag Aut oco n n ect ed Trans f o rm er  B ased   1 2-P u l s e  Di od e  Bri dge  R ecti f ier  by   C u rrent   I n j ection a t  DC  S id e, "  IEE E  T r a n s a c tion s   on  I n du stry  Ap p lic at io ns ,   vo l.   5 3,   pp.   56 34 -564 4,   2 0 1 7 .   [16]   F .   J . C h i vite-Zabalza,   e t  al .,   " A   24 -P ul se  V oltag e   S ou rce d   C o nve r t e r  w i t h  P a s s i v e  a n d  A c t i v e   H a r m o n i c  V o l t a g e   Inj ection , "   IECO N 20 06 - 3 2 n d  An nua l Co nfe r enceo n IEE E  Ind u s t rial El ectroni cs ,   V o l s   1 -11,   p p.   2 81 9-2 824 ,  20 06 .   [17]   F.  J .  Chivi t e-Zabal za,  e t  al.,   " A  Si mple ,  Passive  2 4-P u lse  AC-D C  Co nvert er  w i t h  In herent   L o a d   Balan c in g  Us ing   Harm on ic  V olt a ge  I n j ecti o n , "  200 5 IE EE 3 6 t h  Po wer El ectr onic Sp ecial is ts  Conferen ce ,  IEEE  Po we r  El ectro n i cs  Sp ecia l is ts  Confer ence R ecord s , p p. 7 6-8 2 ,   20 0 5 .   [18]   F .   J .  Ch i v ite-Zabalza,  e t  al .,  " A   S i m p le,  P a s s i v e  24 -Pu l s e   A C-D C  Con v erter  with   I n h eren t  Load   B al anci ng, "   IEEE  T r a n sa cti o n s   o n  P o wer  El ectr onics ,   vol.  2 1 ,   p p .   430-4 3 9 ,   M arch  200 6.   [19]   Yu.  I .   K ho kh lo v,  e t  a l .,  " O n  so me   u se fu l  q u a li tie s  o f   1 2-p h a s e   Converter  swith  a   c ont r o l la bl e  E n semble  o f   harm o n ics   in   a   c o m pens ati ng  Dev i ce  co mm o n   f o r   s i x -p hase  U n i ts , ”   R u ssian Elect ri cal Enginee r i n g ,   vo l.   8 4 ,   pp.  54 2-5 48,   2 0 1 3 .   [20]   H.  Z .  A z a z i ,   e t  al.,  " H i gh   P ow er  F act or  a n d   R egu l at ed  O utp u t  Vo lt age  f o r  T h ree-P h as e  AC-DC  Co nv erter  Usin g   S i ng le - S w i tc h   C u k  C o n v e r t e r , "   2017  Nineteenth I n ternational Mi dd le-Ea s t  Power Syst ems   Co nf er ence ,   pp .  43 -5 1,   20 17 .   [21]   K.  D arji,   et   a l.,  "S eries   V o l t age  In jecti o n   St rategy  f o r  Reacti ve  P ow er  C o m p e ns ati on  o f   HVD C  Rect ifier  St a t io n , "  Pr oceedi n g s  of the  Fir s t  IEEE  Inter n a t i onal  Co n f eren ce on  Po wer Electr onics ,  p.   4 ,   20 16 .  [22]   G. S . Zi no v i ev, "F u n d am en tals  of po wer elect ronics "   Bo ok . - N ov osi b i r sk:  Publish e r NS TU, 1999.  [23]   Yu .  I.  K ho kh l ov,  e t  al.,  "El ectro m a g n et ic  p roces ses   i n   non -co m p ensat e d  recti f ier  wit h   t h e   i ncreas e  o f   s tage  m o t ion  vect or  c on tro l , " Sci e nce S U SU . Sect io n of   tech nica l S c iences : ma teri als o f   t h e 67 th  scien t i f i c  conferen ce ,   pp .   93 5- 94 1,   A pril  2 0 1 5 .       B I OGRAPHIES  O F AUTHO RS      V a lery   I .  Safonov   r eceived   t h e  E.S c .  deg r e e s  in  E l ectro ph y s i c s  f r o m   S o u t h   U ral  S ta t e   Un ive r s i ty ,  Rus s ia ,  in  1 9 9 3 .   H e   r e c e i v e d  Ph .D.  d e gre e   i n  R a dio  Ph ys i c s f ro m   To msk   S t a t e   U n iv ersi ty,  Russi a,  i n   1 997 .  Cu rren tl y  h e   i s   an  a s s i s t a nt  p ro fe s s o r   a t  t h e  F acu lty   P ower  E ngi neeri ng  of  S ou th  U ral  St ate  Un iv ersity .  Valery   i s   co-aut ho r   o f   s e veral  p a pers  o n  n onli n ear  o p t i cs   a nd  pow e r  elect ron i c s y stem s .           Mi k h a i l   A.  D z i uba   r eceiv e d  the  E.S c .  deg r ees  i n   Po wer  En g i neeri ng  f r o m   S o u th   U ra l  St at e  U n iv ersi ty,  Ru s s ia,  i n  199 7 .   H e received P h.D .   d e g ree  i n   P o w er  E lect ron i csf r om   S ou th   U ra l   Stat e   U n iv ersi ty,  Russi a,  i n   2 005 .  Cu rren tl y  h e   i s   an  a s s i s t a nt  p ro fe s s o r   a t  t h e  F acu lty   P ower  E ngi neeri n g S o u th  U ral   State  U n iv ersity .  Mikh ail   has  m a ny   j o u rna l   and  co nf erence  pap e rs  i n  p o wer  electro ni c   sy s t ems.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.