Снижение несинусоидальности напряжений питающей сети.

Способы снижения несинусоидальности напряжения можно разделить на три группы:

а) схемные решения:

- выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин;

- рассредоточение нагрузок по различным узлам СЭС с подключением параллельно им электродвигателей,

- группирование преобразователей по схеме умножения фаз,

- подключение нагрузки к системе с большей мощностью S _КЗ,

б) использование фильтровых устройств

- включение параллельно нагрузке узкополосных резонансных фильтров

- включение фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ)

- применение фильтросимметрирующих устройств (ФСУ),

- применение ИРМ, содержащих ФКУ,

в) применение специального оборудования, характеризующегося пониженным уровнем генерации высших гармоник

- использование "ненасыщающихся" трансформаторов,

- применение многофазных преобразователей с улучшенными энергетическими показателями.

Развитие элементной базы силовой электроники и новых методов высокочастотной модуляции привело к созданию в 70-х годах нового класса устройств, улучшающих качество электроэнергии – активных фильтров (АФ). Сразу же возникла классификация активных фильтров на последовательные и параллельные, а также на источники тока и напряжения, что привело к получению четырех базовых схем. Каждая их четырех структур (рис. 4.6) определяет схему фильтра на рабочей частоте: ключей в преобразователе и вид самих ключей (двунаправленный или однонаправленный ключ). В качестве накопителя энергии в преобразователе, служащем источником тока (рис. 4.6, а, г), используется индуктивность, а в преобразователе, служащем источником напряжения (рис. 4.6, б, в), используется емкость.

Рис.4.6. Основные типы активных фильтров а - параллельный источник тока; б - параллельный источник напряжения; в - последовательный источник напряжения; г - последовательный источник тока

Типовая схема выполнения силового резонансного фильтра приведена на рис. 4.7.

Известно, что сопротивление фильтра Z на частоте w равно

.                              (4.6)

При Х _L = Х _C или w L = (1/ w С) на частоте w наступает резонанс напряжений, означающий, что сопротивление фильтра для гармонической и составляющей напряжения с частотой w равно нулю. При этом гармонические составляющие с частотой w будут поглощаться фильтром и не проникать в сеть. На этом явлении основан принцип построения резонансных фильтров.

В сетях с нелинейными нагрузками возникают, как правило, гармоники канонического ряда, порядковый номер которых ν - 3, 5, 7,....

Уровни гармоник с таким порядковым номером, как правило, убывают с увеличением частоты. Поэтому на практике применяют цепочки из параллельно включенных фильтров, настроенных на 3, 5, 7 и 11-ю гармоники. Такие устройства называются узкополосными резонансными фильтрами.

M 7ZMJYxLA6lggdSxQdTLSsZWu+lggYS7JA3jUcQH8uAAXy7TLHvwQnkYCwGdjD7v7wpYiD0Uen4E8 Ki+AMuJaRlz1wnyteoxElnqVPH1q8nDIcwfNY6IUD2OoziPEK2zCYdY6+OB0ikfl2Hgq3MFMGBwE y5xZ4tBaOmm2eY3PzaN1X/wNAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQAQetRp3wAAAAkBAAAPAAAAZHJz L2Rvd25yZXYueG1sTI9BS8NAEIXvgv9hGcGb3U1iY4nZlFLUUxFsBfE2TaZJaHY3ZLdJ+u8dT3p8 fI833+Tr2XRipMG3zmqIFgoE2dJVra01fB5eH1YgfEBbYecsabiSh3Vxe5NjVrnJftC4D7XgEesz 1NCE0GdS+rIhg37herLMTm4wGDgOtawGnHjcdDJWKpUGW8sXGuxp21B53l+MhrcJp00SvYy782l7 /T4s3792EWl9fzdvnkEEmsNfGX71WR0Kdjq6i6286DTEcbLkqob0CQTz9FFxPjJQqwRkkcv/HxQ/ AAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29u dGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAA LwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAMMMV5PECQAAolcAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAA LgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhABB61GnfAAAACQEAAA8AAAAAAAAAAAAA AAAAHgwAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAAAqDQAAAAA= ">

Z н

Х С

Х L

E C

 

 

Рис.4.7. Схема замещения силового резонансного фильтра

Учитывая, что X _{L ν} = Х _L, Х _Cv = (X_c / ν), где X _L и X c – сопротивления реактора и КБ на основной частоте, а также выражение (4.6), получаем

 

.

Такой фильтр, который, помимо фильтрации гармоники, будет генерировать реактивную мощность, и компенсировать потери мощности в сети и напряжения, носит название фильтрокомпенсирующего (ФКУ).

Если устройство, помимо фильтрации высших гармоник, выполняет функции симметрирования напряжения, то такое устройство называется фильтросимметрирующим (ФСУ). Конструктивно ФСУ представляют собой несимметричный фильтр, включенный на линейное напряжение сети.

Из вышесказанного следует, что устройства типа ФКУ и ФСУ воздействуют одновременно на несколько показателей качества электрической энергии (несинусоидальность, несимметрия, отклонение напряжения). Такие устройства для повышения качества электрической энергии получили название многофункциональных оптимизирующих устройств (МОУ). Целесообразность в разработке таких устройств возникла в связи с тем, что резкопеременные нагрузки типа ДСП вызывают одновременное искажение напряжения по ряду показателей. Применение МОУ позволяет комплексно решать проблему обеспечения качества электроэнергии, т.е. одновременно по нескольким показателям. К категории таких устройств относятся быстродействующие статические источники реактивной мощности (ИРМ). По принципу регулирования реактивной мощности ИРМ можно разделить на две группы: ИРМ прямой компенсации, ИРМ косвенной компенсации. Структуры ИРМ представлены соответственно на рис. 4.8, а, б. Такие устройства, обладая высоким быстродействием, позволяют снижать колебания напряжения. Пофазное регулирование и наличие фильтров обеспечивают симметрирование и снижение уровней высших гармоник.

На рис. 4.8, а представлена схема прямой компенсации, где "управляемым" источником реактивной мощности является коммутируемая с помощью тиристоров конденсаторная батарея. Батарея имеет несколько секций и позволяет дискретно изменять генерируемую реактивную мощность. На рис. 4.8, б мощность ИРМ меняется с помощью регулирования реактора. При таком способе управления реактор потребляет избыток реактивной мощности, генерируемой фильтрами. Поэтому способ носит название косвенной компенсации.

б)

ФКУ

А В С

а)

кБ

фильтры

А В С

Рис.

4.8. Структурные схемы многофункциональных ИРМ прямой (а) и косвенной (б) компенсации

Косвенная компенсация имеет два основных недостатка: поглощение избытка мощности вызывает дополнительные потери, а изменение мощности реактора с помощью угла управления вентилей приводит к дополнительной генерации высших гармоник.