Calculation of the mode of higher harmonics in electrical networks of plywood production

Abstract

The trouble-free operation of the power supply system elements of plywood production largely depends on maintaining the required quality of electric energy. It is essential to focus on calculation of higher harmonics mode at engineering the power supply system of plywood production, as the process uses powerful semiconductor controlled rectifiers. The article discusses the controlled rectifier that is required for the operation of a four-foot veneer peeling machine. The authors determine that the presented unit generates higher harmonic currents into the network. These currents negatively affect all elements of the power supply system. However, there is no calculation method for the mode of higher harmonics in the power supply system of plywood production. Therefore, the purpose of the research is to develop a methodology for calculating the mode of higher harmonics in electrical networks of plywood production. The experiment was conducted at an operating plywood production in the Kirov region to achieve the research purpose. The investigation object was a four-foot veneer peeling machine. It was found that the higher harmonics generated by the main drive of the veneer peeling machine change randomly. The authors proposed to consider them as random variables in the calculations. The research determined statistical laws of the higher harmonics distribution and their numerical features. The authors obtained analytical expressions for calculating the amplitudes of the higher harmonics through the amplitudes of the main harmonic component of the current in the absence of information about the control and switching angles of the rectifier.

The proposed technique allows calculating amplitude spectra of higher harmonic currents in branches and voltages in nodes of the power supply system of plywood production. According to the proposed methodology, the results of calculations are recommended for solving series of practical problems.

About the authors

Anna K. Toropova

Vyatka State University

Author for correspondence.
Email: usr22264@vyatsu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4450-7669
SPIN-code: 2130-8252
ResearcherId: JQI-0198-2023

Graduate Student, Senior Lecturer of the Electricity Supply Department

Russian Federation, Kirov

Vyacheslav V. Cherepanov

Vyatka State University

Email: stud2398@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0004-6940-2961
SPIN-code: 1058-6079

Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Electricity Supply Department

Russian Federation, Kirov

References

  1. Khvorostenko S. V., Averbukh M. A. Sintez passivnykh fil’trokompensiruyushchikh ustroystv dlya oslableniya vysshikh garmonik v tsekhovykh setyakh elektrosnabzheniya s nelineynymi potrebitelyami [Synthesis of passive filter — compensating devices for attenuation higher harmonics in power supply system of workshop with non-linear consumers]. Intellektual’naya elektrotekhnika. Smart Electrical Engineering. 2019. No. 1. P. 84–93. doi: 10.46960/2658-6754_2019_1_84. EDN: ZAYWAP. (In Russ.).
  2. Nos O. V., Vostrikov A. S., Shtang A. A., Malyavko E. Yu. Povysheniye energoeffektivnosti proizvodstva za schet primeneniya silovykh fil’trov vysshikh garmonik [Enhancing energy efficiency of industrial production by using power harmonic filters]. Izvestiya Tomskogo politexnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2019. No. 12 (330). P. 28–36. doi: 10.18799/24131830/2019/12/2389. EDN: YEYDQD. (In Russ.).
  3. Biryulin V. I., Kudelina D. V. Razrabotka modeli dlya opredeleniya istochnika vysshikh garmonik v sistemakh elektrosnabzheniya [Model development for determining the source of higher harmonics in power supply systems]. Mezhdunarodnyy tekhniko-ekonomicheskiy zhurnal. The International Technical-Economic Journal. 2022. No. 3. P. 73–87. doi: 10.34286/1995-4646-2022-84-3-73-87. EDN: ZLYCDK. (In Russ.).
  4. Portnyagin N. N., Ershov M. S., Barbasov P. Yu., Chernev M. Yu. Modelirovaniye vliyaniya velichiny nelineynoy nagruzki na kachestvo elektroenergii promyshlennykh elektrotekhnicheskikh sistem [Modelling influence of nonlinear loading’s level on quality of the electric power of electrotechnical systems]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektromekhanika. Russian Electromechanics. 2017. No. 1 (60). P. 61–66. doi: 10.17213/0136-3360-2017-1-61-66. EDN: XWZQHL. (In Russ.).
  5. Hu Z., Han Y., Zalhaf A. S., Zhou S. [et al.]. Harmonic sources modeling and characterization in modern power systems: a comprehensive overview. Electric Power Systems Research. 2023. No. 218. 109234. doi: 10.1016/j.epsr.2023.109234. (In Engl.).
  6. Isayeva T. M. O rezul’tatakh issledovaniya vysshikh garmonik na vysokovol’tnoy podstantsii [Results of researching high harmonics at high voltage substation]. Glavnyy energetic. Chief Power Engineer. 2016. No. 11. P. 32–35. EDN: YGJZXV. (In Russ.).
  7. GOST 32144–2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost’ tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elektricheskoy energii v sistemakh elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya [Electric energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Power quality limits in the public power supply systems]. Moscow, 2014. 16 p. (In Russ.).
  8. Veneer peeling // Raute. URL: https://www.raute.com/lines-and-machines/lines/veneer-peeling (accessed: 01.07.2024). (In Engl.).
  9. GOST 30804.4.30–2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost' tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Metody izmereniy pokazateley kachestva elektricheskoy energii [Electric energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Power quality measurement methods]. Moscow, 2014. 58 p. (In Russ.).
  10. Toropova A. K., Cherepanov V. V. Issledovaniye rezhima vysshikh garmonik v elektricheskikh setyakh fanernogo proizvodstva [Investigation of the mode of higher harmonics in electrical networks of plywood production]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektromekhanika. Russian Electromechanics. 2024. No. 1 (67). P. 124–130. doi: 10.17213/0136-3360-2024-1-124-130. EDN: NLRUMY. (In Russ.).
  11. Zhezhelenko I. V., Sayenko Yu. L. Pokazateli kachestva elektroenergii i ikh kontrol’ na prompredpriyatiyakh [Power quality in industrial plants]. 3 ed., revised and suppl. Moscow, Energoatomizdat, 2005. 261 p. (In Russ.).
  12. Zhezhelenko I. V. Vysshie garmoniki v sistemakh elektrosnabzheniya prompredpriyatiy [Higher harmonics in power supply systems of industrial enterprises]. 4 ed., revised and suppl. Moscow, Energoatomizdat, 2000. 331 p. ISBN 5-283-0319-8. (In Russ.).
  13. Geraskin O. T. Obobshchennyye parametry elektricheskikh setey [Generalized parameters of electrical networks]. Moscow, 1977. 112 p. (In Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».