Kako zmanjšati nesinusno napetost

Številni porabniki električne energije imajo nelinearno odvisnost porabe toka od priključene napetosti, zaradi česar porabljajo nesinusoidni tok iz omrežja ... Ta tok, ki teče iz sistema skozi elemente omrežja, povzroča ne -sinusni padec napetosti v njih, ki "superiponira" privedeno napetost in popači. Sinusno popačenje napetosti se pojavi na vseh vozliščih od napajanja do nelinearnega električnega sprejemnika.

Viri harmoničnega popačenja so:

• obločne peči za proizvodnjo jekla,

• pretvorniki ventilov,

• transformatorji z nelinearnimi volt-amperskimi karakteristikami,

• frekvenčni pretvorniki,

• indukcijske peči,

• rotacijski električni stroji,

• poganjajo ventilski pretvorniki,

• televizijski sprejemniki,

• fluorescenčne sijalke,

• živosrebrne sijalke.

Za zadnje tri skupine je značilna nizka stopnja harmoničnega popačenja posameznih sprejemnikov, vendar jih veliko število določa pomembno raven harmonikov tudi v visokonapetostnih omrežjih.

Poglej tudi: Viri harmonikov v električnih omrežjih in Vzroki za pojav višjih harmonikov v sodobnih elektroenergetskih sistemih

Načine za zmanjšanje nesinusne napetosti lahko razdelimo v tri skupine:

a) verižne rešitve: porazdelitev nelinearnih obremenitev na ločenem vodilnem sistemu, porazdelitev obremenitev v različnih enotah SES s povezavo elektromotorjev vzporedno z njimi, združevanje pretvornikov po shemi množenja faz, povezava obremenitev v sistem višje moči,

b) uporaba filtrirnih naprav, vključitev vzporedne obremenitve ozkopasovnih resonančnih filtrov, vključitev filtrsko-kompenzacijskih naprav (FCD);

c) uporaba posebne opreme, za katero je značilna zmanjšana stopnja generiranja višjih harmonikov, uporaba "nenasičenih" transformatorjev, uporaba večfaznih pretvornikov z izboljšanimi energijskimi lastnostmi.

Razvoj elementarna osnova močnostne elektronike in nove metode visokofrekvenčne modulacije so v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja pripeljale do nastanka novega razreda naprav, izboljšanje kakovosti električne energije – aktivni filtri (AF)... Takoj je nastala razvrstitev aktivnih filtrov na serijske in vzporedne ter na tokovne in napetostne vire, kar je vodilo do štirih glavnih tokokrogov.

Vsaka od štirih struktur (sl. 1. 6) določa filtrsko vezje pri delovni frekvenci: stikala v pretvorniku in tip samih stikal (dvosmerno ali enosmerno stikalo). Kot hranilnik energije v pretvorniku, ki služi kot vir toka (sl. 1.a, d), se uporablja induktivnost, in v pretvorniku, ki služi kot vir napetosti (sl. 1.b, c), se uporablja kapacitivnost.

Slika 1.Glavne vrste aktivnih filtrov: a — vzporedni vir toka; b - vzporedni vir napetosti; c - serijski vir napetosti; d - serijski vir toka

Znano je, da je upor filtra Z pri frekvenci w enak

Ko je ХL = ХC ali wL = (1 / wC) pri frekvenci w, napetostna resonanca, kar pomeni, da je upor filtra za harmonično in napetostno komponento s frekvenco w enak nič.V tem primeru bo harmonično komponento s frekvenco w filter absorbiral in ne bo prodrl v omrežje. Na tem pojavu temelji princip oblikovanja resonančnih filtrov.

V omrežjih z nelinearnimi obremenitvami se praviloma pojavijo harmoniki kanoničnega niza, katerih zaporedna številka je ν 3, 5, 7,. … ..

Slika 2. Ekvivalentno vezje močnostnega resonančnega filtra

Ob upoštevanju, da XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), kjer sta XL in Xc upora reaktorja in kondenzatorske banke pri osnovni frekvenci, dobimo:

Filter, ki bo poleg filtriranja harmonikov generiral reaktivna moč, in kompenzira izgubo električne energije in napetosti v omrežju, se imenuje kompenzacijski filter (PKU).

Če naprava poleg filtriranja višjih harmonikov opravlja funkcije izravnave napetosti, se taka naprava imenuje izravnava filtrov (FSU) ... Strukturno so FSU asimetrični filter, povezan z omrežno napetostjo omrežja. Izbira omrežne napetosti, na katero so priključena filtrska vezja FSU, kot tudi razmerja moči kondenzatorjev, vključenih v faze filtra, so določena s pogoji izravnave napetosti.

Iz zgoraj navedenega sledi, da naprave, kot sta PKU in FSU, delujejo na več hkrati indikatorji kakovosti električne energije (nesinusno, asimetrija, odstopanje napetosti). Takšne naprave za izboljšanje kakovosti električne energije imenujemo multifunkcijske optimizacijske naprave (MOU).

Primernost pri razvoju takšnih naprav je nastala zaradi dejstva, da nenadoma spremenljive obremenitve tipa obločne jeklene peči povzročajo hkratno popačenje napetosti za več indikatorjev. Uporaba MOU daje priložnost za celovito rešitev problema zagotavljanja kakovosti električne energije, tj. hkrati za več indikatorjev.

V kategorijo takšnih naprav spadajo hitri statični viri jalove energije (IRM).

Glede na princip regulacije jalove moči lahko IRM razdelimo v dve skupini: hitri statični viri jalove moči direktne kompenzacije, hitri statični viri jalove moči posredne kompenzacije... Strukture IRM so prikazane na sliki 3. , a, b, oziroma . Takšne naprave, ki imajo visoko hitrost odziva, lahko zmanjšajo nihanja napetosti. Stopenjska nastavitev in prisotnost filtrov zagotavljata uravnoteženje in zmanjšanje višjih harmoničnih ravni.

Na sl. 3 je predstavljeno neposredno kompenzacijsko vezje, kjer je "nadzorovan" vir jalove moči preklopljen s pomočjo tiristorji kondenzatorsko baterijo. Baterija ima več delov in vam omogoča diskretno spreminjanje ustvarjene jalove moči. Na sl. 3b se moč IRM spreminja s prilagajanjem reaktorja. S tem načinom regulacije reaktor porabi odvečno jalovo moč, ki jo ustvarijo filtri.Zato se metoda imenuje posredna kompenzacija.

Slika 3. Blokovni diagrami večnamenskega IRM z neposredno (a) in posredno (b) kompenzacijo

Posredna kompenzacija ima dve glavni slabosti: absorpcija presežne moči povzroči dodatne izgube, spreminjanje moči reaktorja z uporabo regulacijskega kota ventila pa povzroči dodatno generiranje višjih harmonikov.