Hoe niet-sinusvormige spanning te verminderen

Een aantal elektriciteitsverbruikers is niet-lineair afhankelijk van het stroomverbruik van de aangelegde spanning, waardoor ze een niet-sinusvormige stroom van het netwerk verbruiken... Deze stroom die vanuit het systeem door de elementen van het netwerk vloeit, veroorzaakt een niet-sinusvormige stroom van het netwerk. -sinusvormige spanningsval erin, die de aangelegde spanning "superponeert" en vervormt. Sinusvormige spanningsvervorming treedt op bij alle knooppunten van de voeding naar de niet-lineaire elektrische ontvanger.

De bronnen van harmonische vervorming zijn:

• boogovens voor staalproductie,

• klep omvormers,

• transformatoren met niet-lineaire voltampèrekarakteristieken,

• frequentieomvormers,

• inductie ovens,

• roterende elektrische machines,

• aangedreven door klepomvormers,

• televisie ontvangers,

• fluorescentielampen,

• kwik lampen.

De laatste drie groepen worden gekenmerkt door een laag niveau van harmonische vervorming van individuele ontvangers, maar een groot aantal van hen bepaalt een aanzienlijk niveau van harmonischen, zelfs in hoogspanningsnetwerken.

Zie ook: Bronnen van harmonischen in elektrische netwerken En Redenen voor het verschijnen van hogere harmonischen in moderne energiesystemen

Manieren om de niet-sinusvormige spanning te verminderen kunnen in drie groepen worden verdeeld:

a) kettingoplossingen: verdeling van niet-lineaire belastingen op een afzonderlijk bussysteem, verdeling van belastingen in verschillende eenheden van de SES met parallelle aansluiting van elektromotoren, groepering van omvormers volgens het fasevermenigvuldigingsschema, aansluiting van de laden naar een systeem met een hoger vermogen,

b) gebruik van filterinrichtingen, opname parallel aan de belasting van smalbandresonantiefilters, opname van filtercompensatie-inrichtingen (FCD);

c) het gebruik van speciale apparatuur die wordt gekenmerkt door een lager niveau van opwekking van hogere harmonischen, gebruik van "onverzadigde" transformatoren, gebruik van meerfasige omvormers met verbeterde energiekarakteristieken.

Ontwikkeling elementaire basis van vermogenselektronica en nieuwe methoden van hoogfrequente modulatie leidden in de jaren zeventig tot de creatie van een nieuwe klasse apparaten, verbetering van de kwaliteit van elektriciteit – actieve filters (AF)... Onmiddellijk ontstond de classificatie van actieve filters in serie en parallel, evenals stroom- en spanningsbronnen, wat leidde tot vier hoofdcircuits.

Elk van de vier structuren (Fig. 1. 6) bepaalt het filtercircuit bij de werkfrequentie: de schakelaars in de omvormer en het type schakelaars zelf (tweeweg- of eenwegschakelaar). Als energieopslagapparaat in een omvormer die dient als stroombron (Fig. 1.a, d), wordt het gebruikt inductie, en in de omzetter, die dient als spanningsbron (Fig. 1.b, c), wordt capaciteit gebruikt.

Figuur 1.De belangrijkste typen actieve filters: a — parallelle stroombron; b — parallelle spanningsbron; c — seriespanningsbron; d - serie huidige bron

Het is bekend dat de weerstand van het filter Z bij frequentie w gelijk is aan

Wanneer ХL = ХC of wL = (1 / wC) bij frequentie w, spanning resonantie, wat betekent dat de weerstand van het filter voor de harmonische en spanningscomponent met frequentie w gelijk is aan nul.In dit geval worden de harmonische componenten met frequentie w geabsorbeerd door het filter en dringen ze niet door het netwerk. Het principe van het ontwerpen van resonantiefilters is gebaseerd op dit fenomeen.

In netwerken met niet-lineaire belastingen ontstaan ​​​​in de regel harmonischen van de canonieke reeks, waarvan het volgnummer ν 3, 5, 7 is. … ..

Figuur 2. Equivalent circuit van een vermogensresonantiefilter

Rekening houdend met het feit dat XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), waarbij XL en Xc de weerstanden zijn van de reactor en de condensatorbank bij de grondfrequentie, verkrijgen we:

Een filter dat, naast het filteren van harmonischen, zal genereren reactief vermogen, en compenseert het stroomverlies en de spanning van het netwerk, wordt compensatiefilter (PKU) genoemd.

Als een apparaat, naast het filteren van hogere harmonischen, de functies van spanningsbalancering vervult, dan wordt zo'n apparaat filterbalancering (FSU) genoemd... Structureel zijn FSU's een asymmetrisch filter dat is aangesloten op de lijnspanning van het netwerk. De keuze van de lijnspanning waarop de FSU-filtercircuits zijn aangesloten, evenals de vermogensverhoudingen van de condensatoren die in de filterfasen zijn opgenomen, worden bepaald door de spanningsbalansvoorwaarden.

Uit het bovenstaande volgt dat apparaten zoals PKU en FSU tegelijkertijd op meerdere apparaten werken Power Quality-indicatoren (niet-sinusvormig, asymmetrie, spanningsafwijking). Dergelijke apparaten voor het verbeteren van de kwaliteit van elektrische energie worden multifunctionele optimalisatie-apparaten (MOU) genoemd.

De opportuniteit bij de ontwikkeling van dergelijke apparaten is ontstaan ​​​​door het feit dat plotseling variabele belastingen van het type boog stalen ovens veroorzaken gelijktijdige spanningsvervorming voor een aantal indicatoren. Het gebruik van MOU biedt de mogelijkheid om het probleem van het waarborgen van de kwaliteit van elektriciteit alomvattend op te lossen, d.w.z. gelijktijdig voor meerdere indicatoren.

De categorie van dergelijke apparaten omvat snelle statische reactieve stroombronnen (IRM).

Volgens het regelprincipe van reactief vermogen kan IRM in twee groepen worden verdeeld: snelle statische reactieve stroombronnen met directe compensatie, snelle statische reactieve stroombronnen met indirecte compensatie... De structuren van IRM worden weergegeven in figuur 3 , a, b respectievelijk . Dergelijke apparaten, die een hoge reactiesnelheid hebben, kunnen spanningsschommelingen verminderen. Stapsgewijze aanpassing en de aanwezigheid van filters zorgen voor balancering en reductie van hogere harmonische niveaus.

In afb. 3 wordt een directe compensatieschakeling gepresenteerd waarbij de "gestuurde" blindvermogensbron wordt geschakeld door middel van thyristoren condensator bank. De batterij heeft verschillende secties en stelt u in staat om het gegenereerde reactieve vermogen discreet te variëren. In afb. 3b, wordt het IRM-vermogen gevarieerd door de reactor aan te passen. Bij deze regelmethode verbruikt de reactor overtollig reactief vermogen dat door de filters wordt gegenereerd.Daarom wordt de methode indirecte compensatie genoemd.

Figuur 3. Blokschema's van een multifunctionele IRM met directe (a) en indirecte (b) compensatie

Indirecte compensatie heeft twee belangrijke nadelen: het absorberen van het overtollige vermogen veroorzaakt extra verliezen, en het wijzigen van het reactorvermogen met behulp van de klepregelhoek leidt tot extra generatie van hogere harmonischen.