Как да намалим несинусоидалното напрежение

Редица консуматори на електроенергия имат нелинейна зависимост на консумацията на ток от приложеното напрежение, поради което консумират от мрежата несинусоидален ток… Този ток, изтичащ от системата през елементите на мрежата, причинява несинусоидален спад на напрежението в тях, което «наслагва» приложеното напрежение и го изкривява. Изкривяването на синусоидалното напрежение възниква във всички възли от захранването до нелинейния електрически приемник.

Източниците на хармонично изкривяване са:

• дъгови пещи за производство на стомана,

• вентилни преобразуватели,

• трансформатори с нелинейни волт-амперни характеристики,

• честотни преобразуватели,

• индукционни пещи,

• въртящи се електрически машини,

• захранва се чрез вентилни преобразуватели,

• телевизионни приемници,

• флуоресцентни лампи,

• живачни лампи.

Последните три групи се характеризират с ниско ниво на хармонично изкривяване на отделните приемници, но голям брой от тях определят значително ниво на хармоници дори в мрежи с високо напрежение.

Вижте също: Източници на хармоници в електрическите мрежи и Причини за появата на по -високи хармоници в съвременните системи за захранване

Начини за намаляване на несинусоидалното напрежение може да се раздели на три групи:

а) верижни решения: разпределение на нелинейни натоварвания по отделна шинна система, разпределение на натоварванията в различни звена на SES с свързване на електрически двигатели успоредно на тях, групиране на преобразуватели съгласно схемата за фазово умножение, свързване на товара към система с по -висока мощност,

б) използване на филтриращи устройства, включване успоредно на натоварването на теснолентови резонансни филтри, включване на филтърно-компенсиращи устройства (FCD);

в) използването на специално оборудване, характеризиращо се с намалено ниво на генериране на по -високи хармоници, използване на «ненаситени» трансформатори, използване на многофазни преобразуватели с подобрени енергийни характеристики.

Развитие елементна база на силовата електроника и новите методи за високочестотна модулация доведоха до създаването през 70-те години на нов клас устройства, подобряване на качеството на електроенергията – активни филтри (AF)… Веднага възникна класификацията на активните филтри в серийни и паралелни, както и източници на ток и напрежение, което доведе до четири основни вериги.

Всяка от четирите структури (фиг. 1. 6) определя веригата на филтъра при работната честота: ключовете в преобразувателя и самият тип ключове (двупосочен или еднопосочен ключ). Като устройство за съхранение на енергия в преобразувател, който служи като източник на ток (Фиг. 1.a, d), се използва индуктивност, а в преобразувателя, който служи като източник на напрежение (фиг. 1.б, в), се използва капацитет.

Фигура 1. Основните видове активни филтри: а — паралелен източник на ток; б — паралелен източник на напрежение; в — сериен източник на напрежение; d — сериен източник на ток

Известно е, че съпротивлението на филтъра Z при честота w е равно на

Когато ХL = ХC или wL = (1 / wС) при честота w, резонанс на напрежението, което означава, че съпротивлението на филтъра за хармоничната и напрежената компонента с честота w е равно на нула.В този случай хармоничните компоненти с честота w ще бъдат погълнати от филтъра и няма да проникнат в мрежата. Принципът на конструиране на резонансни филтри се основава на това явление.

В мрежи с нелинейни натоварвания по правило възникват хармоници от каноничните серии, чийто порядъчен номер е ν 3, 5, 7 ,. … ..

Фигура 2. Еквивалентна схема на силов резонансен филтър

Като се вземе предвид, че XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), където XL и Xc са съпротивленията на реактора и кондензаторната банка на основната честота, получаваме:

Филтър, който освен филтриране на хармоници, ще генерира реактивна мощност, и компенсира загубата на мощност в мрежата и напрежение, се нарича компенсиращ филтър (PKU).

Ако устройство, в допълнение към филтрирането на по -високи хармоници, изпълнява функциите за балансиране на напрежението, тогава такова устройство се нарича балансиране на филтри (FSU)… Структурно FSU са асиметричен филтър, свързан към линейното напрежение на мрежата. Изборът на линейно напрежение, към което са свързани филтриращите вериги на FSU, както и съотношенията на мощността на кондензаторите, включени във фазите на филтъра, се определят от условията за балансиране на напрежението.

От гореизложеното следва, че устройства като PKU и FSU действат едновременно върху няколко показатели за качество на електроенергията (несинусоидалност, асиметрия, отклонение на напрежението). Такива устройства за подобряване на качеството на електрическата енергия се наричат ​​многофункционални оптимизиращи устройства (MOU).

Целесъобразността в развитието на такива устройства възникна поради факта, че внезапно променливите натоварвания от типа дъгови стоманени пещи причиняват едновременно изкривяване на напрежението за редица индикатори. Използването на MOU дава възможност за цялостно решаване на проблема за осигуряване на качеството на електроенергията, т.е. едновременно за няколко показателя.

Категорията на такива устройства включва високоскоростни статични източници на реактивна мощност (IRM).

Според принципа на регулиране на реактивната мощност, IRM може да бъде разделен на две групи: високоскоростни статични източници на реактивна мощност на директна компенсация, високоскоростни статични източници на реактивна мощност на непряка компенсация… Структурите на IRM са показани съответно на Фигура 3, a, b. Такива устройства, които имат висока скорост на реакция, могат да намалят колебанията на напрежението. Поетапното регулиране и наличието на филтри осигуряват балансиране и намаляване на нивата на по-високи хармоници.

На фиг. 3, а е представен верига за директна компенсация, където «управляваният» източник на реактивна мощност се превключва посредством тиристори кондензаторна банка. Батерията има няколко секции и ви позволява дискретно да променяте генерираната реактивна мощност. На фиг. 3б, мощността на IRM се променя чрез регулиране на реактора. С този метод на управление реакторът консумира излишна реактивна мощност, генерирана от филтрите. Следователно методът се нарича непряко обезщетение.

Фигура 3. Блокови диаграми на многофункционален IRM с директна (а) и индиректна (б) компенсация

Непряко обезщетение има два основни недостатъка: абсорбирането на излишната мощност причинява допълнителни загуби, а промяната на мощността на реактора с помощта на ъгъла на управление на клапана води до допълнително генериране на по -високи хармоници.