Як зменшити несинусоидальность напруги

Методи зниження несинусоїдальності напруги можна поділити на три групи:

а) схемні рішення: виділення нелінійних навантажень на окрему систему шин- розосередження навантажень за різними вузлів СЕС з підключенням паралельно їм електродвигунів, групування перетворювачів за схемою множення фаз, підключення навантаження до системи з більшою потужністю,

б) впровадження фільтрових пристроїв, включення паралельно навантаженні вузькосмугових резонансних фільтрів, включення фільтрокомпенсуючі пристроїв (ФКУ) застосування фільтросімметрірующіх пристроїв (ФСУ), застосування
швидкодіючих статичних джерел реактивної потужності (ДРП), що містять ФКУ,

в) застосування спеціального обладнання, що характеризується зниженим рівнем генерації вищих гармонік впровадження «ненасищаемой» трансформаторів, застосування багатофазних перетворювачів з поліпшеними енергетичними показниками.

Розвиток елементної бази силової електроніки і нових способів частотної модуляції призвело до створення в 70-х роках нового класу пристроїв, що поліпшують якість електроенергії -
активних фільтрів (АФ). Відразу з`явилася систематизація активних фільтрів на почергові і паралельні, також на джерела струму і напруги, що призвело до отримання 4 базисних схем.

Будь-яка їх 4 структур (рис 1. 6) визначає схему фільтра на робочій частоті: ключів в перетворювачі і вид самих ключів (двонаправлений або односпрямований ключ). Як накопичувач енергії в перетворювачі, який слугує джерелом струму (рис 1.а, г), вживається індуктивність, а в перетворювачі, який слугує джерелом напруги (рис
1. б, в), вживається ємність.

Малюнок 1. Основні типи активних фільтрів: а - паралельний джерело струму-б - паралельний джерело напруги-в - послідовний джерело напруги-г - послідовний джерело струму

Зрозуміло, що опір фільтра Z на частоті w одно

При ХL = ХC або wL = (1 / wС) на частоті w настає резонанс напруг, що означає, що опір фільтра для гармонійної і складовою напруги з частотою w дорівнює нулю. При цьому гармонійні складові з частотою w будуть поглинатися фільтром і не просочуватися в мережу. На цьому явищі заснований принцип побудови резонансних фільтрів.

У мережах з нелінійними навантаженнями з`являються, зазвичай, гармоніки канонічного ряду, порядковий номер яких ν 3, 5, 7,. . ..

Малюнок 2. Схема заміщення силового резонансного фільтра

Беручи до уваги, що XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), де XL і Xc - опору реактора і конденсаторної батареї на основній частоті, отримуємо:

Такий фільтр, який, крім фільтрації гармоніки, буде генерувати реактивну потужність, і компенсувати втрати потужності в мережі і напруги, носить назву
фільтрокомпенсуючі (ФКУ).

Якщо пристрій, крім фільтрації вищих гармонік, виконує функції симетрування напруги, то такий пристрій називається
фільтросімметрірующім (ФСУ). Конструктивно ФСУ є несиметричний фільтр, включений на лінійну напругу мережі. Вибір лінійних напруг, на які підключаються фільтруючі ланцюга ФСУ, також співвідношення потужностей конденсаторів, включених в фази фільтра, визначаються критеріями симетрування напруги.

З вищесказаного випливає, що пристрої типу ФКУ і ФСУ діють відразу на кілька показників якості електричної енергії (несинусоидальность, несиметрія, відхилення напруги). Такі пристрої для підвищення якості електричної енергії отримали назву функціональних оптимізують пристроїв (МОУ).

Необхідність в розробці таких пристроїв з`явилася в зв`язку з тим, що резкопеременной навантаження типу
дугових сталеплавильних печей викликають одночасне спотворення напруги по ряду характеристик. Застосування МОУ дозволяє комплексно вирішувати проблему забезпечення якості електроенергії, тобто відразу за кількома показниками.

До категорії таких пристроїв відносяться швидкодіючі статичні джерела реактивної потужності (ДРП).

За принципом регулювання реактивної потужності ДРП можна поділити на дві групи:
швидкодіючі статичні джерела реактивної потужності прямої компенсації, швидкодіючі статичні джерела реактивної потужності непрямої компенсації. Структури ІРМ представлені відповідно на малюнку 3, а, б. Такі пристрої, володіючи високою швидкодією, дозволяють знижувати коливання напруги. Пофазні регулювання і наявність фільтрів забезпечують симетрування і зниження рівнів вищих гармонік.

На рис. 3, а представлена ​​схема прямої компенсації, де «керованим» джерелом реактивної потужності є коммутируемая за допомогою тиристорів конденсаторна батарея. Батарея має кілька секцій і дозволяє дискретно змінювати генерується реактивну потужність. На рис. 3, б потужність ІРМ змінюється за допомогою регулювання реактора. При такому методі управління реактор споживає надлишок реактивної потужності, що генерується фільтрами. Тому метод носить назву
непрямої компенсації.

Малюнок 3. Структурні схеми функціональних ІРМ прямий (а) і непрямої (б) компенсації

Непряма компенсація має два головних недоліку: поглинання надлишку потужності викликає додаткові втрати, а зміна потужності реактора за допомогою кута управління вентилів призводить до додаткової генерації вищих гармонік.