Jak zmniejszyć napięcie niesinusoidalne

Szereg odbiorców energii elektrycznej ma nieliniową zależność poboru prądu od przyłożonego napięcia, przez co pobiera z sieci prąd o przebiegu niesinusoidalnym... Prąd płynący z układu przez elementy sieci powoduje nie -sinusoidalny spadek napięcia w nich, który "nakłada się" na przyłożone napięcie i zniekształca. Sinusoidalne odkształcenie napięcia występuje we wszystkich węzłach od zasilacza do nieliniowego odbiornika elektrycznego.

Źródłami zniekształceń harmonicznych są:

• piece łukowe do produkcji stali,

• konwertery zaworów,

• transformatory o nieliniowej charakterystyce woltamperowej,

• przetwornice częstotliwości,

• piece indukcyjne,

• obrotowe maszyny elektryczne,

• zasilany przez przetwornice zaworowe,

• odbiorniki telewizyjne,

• świetlówki,

• lampy rtęciowe.

Trzy ostatnie grupy charakteryzują się niskim poziomem zniekształceń harmonicznych poszczególnych odbiorników, jednak duża ich liczba decyduje o znacznym poziomie harmonicznych nawet w sieciach wysokiego napięcia.

Zobacz też: Źródła harmonicznych w sieciach elektrycznych I Przyczyny pojawiania się wyższych harmonicznych we współczesnych systemach elektroenergetycznych

Sposoby redukcji napięcia niesinusoidalnego można podzielić na trzy grupy:

a) rozwiązania łańcuchowe: rozdział obciążeń nieliniowych na oddzielny system szyn, rozdział obciążeń na różne jednostki SES z równoległym do nich połączeniem silników elektrycznych, grupowanie przetwornic według schematu mnożenia faz, połączenie obciążenie do systemu o większej mocy,

b) zastosowanie urządzeń filtrujących, włączenie równolegle obciążenia wąskopasmowych filtrów rezonansowych, włączenie urządzeń kompensujących filtry (FCD);

c) stosowanie specjalnego sprzętu charakteryzującego się obniżonym poziomem generowania wyższych harmonicznych, stosowanie transformatorów „nienasyconych”, stosowanie przetwornic wielofazowych o ulepszonych charakterystykach energetycznych.

Rozwój elementarne podstawy energoelektroniki oraz nowe metody modulacji wysokich częstotliwości doprowadziły do ​​powstania w latach 70-tych nowej klasy urządzeń, poprawę jakości energii elektrycznej – filtry aktywne (AF)... Natychmiast powstał podział filtrów aktywnych na źródła szeregowe i równoległe oraz źródła prądowe i napięciowe, co doprowadziło do powstania czterech obwodów głównych.

Każda z czterech struktur (ryc. 1.6) określa obwód filtra przy częstotliwości pracy: przełączniki w przetwornicy oraz rodzaj samych przełączników (przełącznik dwukierunkowy lub jednokierunkowy). Stosowany jest jako magazyn energii w przetwornicy pełniącej funkcję źródła prądu (rys. 1.a, d). indukcyjność, aw przetwornicy, która służy jako źródło napięcia (rys. 1.b, c), wykorzystuje się pojemność.

Rysunek 1.Główne typy filtrów aktywnych: a — równoległe źródło prądu; b — równoległe źródło napięcia; c — szeregowe źródło napięcia; d — szeregowe źródło prądu

Wiadomo, że rezystancja filtra Z przy częstotliwości w jest równa

Gdy ХL = ХC lub wL = (1 / wC) przy częstotliwości w, rezonans napięciowy, co oznacza, że ​​rezystancja filtru dla składowej harmonicznej i napięcia o częstotliwości w jest równa zero.W takim przypadku składowe harmoniczne o częstotliwości w zostaną pochłonięte przez filtr i nie przedostaną się do sieci. Na tym zjawisku opiera się zasada projektowania filtrów rezonansowych.

W sieciach z obciążeniami nieliniowymi z reguły powstają harmoniczne szeregu kanonicznego, których numer porządkowy to ν 3, 5, 7,. … ..

Rysunek 2. Schemat zastępczy filtra rezonansu mocy

Biorąc pod uwagę, że XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), gdzie XL i Xc to rezystancje dławika i baterii kondensatorów przy częstotliwości podstawowej, otrzymujemy:

Filtr, który oprócz filtrowania harmonicznych będzie generował reaktywna moci kompensuje utratę mocy i napięcie w sieci, nazywany jest filtrem kompensacyjnym (PKU).

Jeśli urządzenie oprócz filtrowania wyższych harmonicznych pełni funkcje równoważenia napięcia, wówczas takie urządzenie nazywa się równoważenie filtrów (FSU)... Strukturalnie FSU to asymetryczny filtr podłączony do napięcia sieciowego. Wybór napięcia sieciowego, do którego podłączone są obwody filtra FSU, a także współczynniki mocy kondensatorów wchodzących w skład faz filtra, są określone przez warunki równoważenia napięć.

Z powyższego wynika, że ​​urządzenia takie jak PKU i FSU działają jednocześnie na kilka wskaźniki jakości energii (niesinusoidalne, asymetria, odchylenie napięcia). Takie urządzenia do poprawy jakości energii elektrycznej nazywane są wielofunkcyjnymi urządzeniami optymalizującymi (MOU).

Celowość w rozwoju takich urządzeń wynikała z faktu, że nagle zmienne obciążenia tego typu piece łukowe powodować jednoczesne zniekształcenie napięcia dla wielu wskaźników. Zastosowanie MOU daje możliwość kompleksowego rozwiązania problemu zapewnienia jakości energii elektrycznej tj. jednocześnie dla kilku wskaźników.

Do kategorii takich urządzeń zalicza się szybkie statyczne źródła mocy biernej (IRM).

Zgodnie z zasadą regulacji mocy biernej, IRM można podzielić na dwie grupy: szybkie statyczne źródła mocy biernej z kompensacją bezpośrednią, szybkie statyczne źródła mocy biernej z kompensacją pośrednią... Struktury IRM przedstawiono na rysunku 3 , a, b odpowiednio . Takie urządzenia, które mają dużą szybkość reakcji, mogą redukować wahania napięcia. Stopniowa regulacja i obecność filtrów zapewnia równoważenie i redukcję wyższych poziomów harmonicznych.

na ryc. Na fig. 3 przedstawiono układ kompensacji bezpośredniej, w którym „sterowane” źródło mocy biernej jest załączane za pomocą tyrystory bank kondensatorów. Akumulator ma kilka sekcji i pozwala na dyskretną zmianę generowanej mocy biernej. na ryc. 3b, moc IRM zmienia się poprzez regulację dławika. Przy takim sposobie sterowania reaktor zużywa nadmiar mocy biernej generowanej przez filtry.Dlatego metoda ta nazywana jest kompensacją pośrednią.

Rysunek 3. Schematy blokowe wielofunkcyjnego IRM z kompensacją bezpośrednią (a) i pośrednią (b).

Kompensacja pośrednia ma dwie główne wady: pochłanianie nadmiaru mocy powoduje dodatkowe straty, a zmiana mocy dławika za pomocą kąta sterowania zaworem prowadzi do dodatkowego generowania wyższych harmonicznych.