ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 295
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рис. 99. Функциональная схема многофункционального фильтросимметрирующего устройства
ФСУ обладают достаточно высоким быстродействием и защищены от высших гармоник, что является их преимуществом по сравнению с нерегулируемой батареей конденсаторов. В составе ФСУ имеются фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ), представляющие собой многополюсные трехфазные фильтры 3-й, 5-й и 7-й гармоник. Основными
А
В
С
ДСП
TV
TA
Q
A
Q
B
Q
C
P
A
P
B
P
C
Q
A
Q
B
Q
C
Q
A
Q
B
Q
C
Q
A
Q
B
Q
C
VS1
LR1
VS2
LR2
VS3
LR3
QW2
QW1
ФКУ-1
ФКУ-2
ТРГ
СУ1
СУ2
СУ3
Преобразователи
i
i
, U
i
Q
i
, P
i
L1
L2
C2
C1
элементами фильтров являются реакторы (L1, L2) и батареи конденсаторов
(C1, C2) с вакуумными выключателями (QW1, QW2).
Симметрирование напряжения в ФСУ осуществляется за счет варьирования индуктивностей (LR1…LR3), входящих в состав тиристорно- реакторной группы (ТРГ). Через измерительные трансформаторы тока (TA) и напряжения (TV) мгновенные значения токов (i
i
), напряжения (U
i
), активной
(P
i
) и реактивной (Q
i
) мощностей сети передаются в систему управления
(СУ) фильтросимметрирующего устройства. В зависимости от значений этих величин система управления изменяет углы открытия вентилей (VS1…VS3) тиристорно-реакторной группы (ТРГ). При этом меняется индуктивность реакторов (LR1…LR3) ТРГ и реактивная мощность каждой из фаз (Q
A
, Q
B
, Q
C
) меняется до требуемого уровня в зависимости от номинального напряжения сети.
Выводы:
1. Уровень несимметрии напряжения в сети растет с ростом мощности несимметричной нагрузки и уменьшается при увеличении мощности короткого замыкания сети. Поэтому снизить несимметрию сетевого напряжения позволяет равномерное распределение несимметричной нагрузки по всем трем фазам или ее подключение к участкам сети с большей мощностью короткого замыкания.
2. Для снижения несимметрии параллельно нагрузке могут включаться дополнительные симметрирующие устройства, в составе которых имеются
ёмкостные и индуктивные элементы. Выбор симметрирующих устройств осуществляется по величине требуемой реактивной мощности, которая должна соответствовать полной реактивной мощности нагрузки.
3. В сетях напряжением до 1 кВ и при мощности нагрузки не более 250 кВ
А для снижения несимметрии целесообразно использовать трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда – зигзаг с нулем».
4. При резкопеременном характере несимметричной нагрузки, изменяющейся по всем трем фазам, следует использовать
(C1, C2) с вакуумными выключателями (QW1, QW2).
Симметрирование напряжения в ФСУ осуществляется за счет варьирования индуктивностей (LR1…LR3), входящих в состав тиристорно- реакторной группы (ТРГ). Через измерительные трансформаторы тока (TA) и напряжения (TV) мгновенные значения токов (i
i
), напряжения (U
i
), активной
(P
i
) и реактивной (Q
i
) мощностей сети передаются в систему управления
(СУ) фильтросимметрирующего устройства. В зависимости от значений этих величин система управления изменяет углы открытия вентилей (VS1…VS3) тиристорно-реакторной группы (ТРГ). При этом меняется индуктивность реакторов (LR1…LR3) ТРГ и реактивная мощность каждой из фаз (Q
A
, Q
B
, Q
C
) меняется до требуемого уровня в зависимости от номинального напряжения сети.
Выводы:
1. Уровень несимметрии напряжения в сети растет с ростом мощности несимметричной нагрузки и уменьшается при увеличении мощности короткого замыкания сети. Поэтому снизить несимметрию сетевого напряжения позволяет равномерное распределение несимметричной нагрузки по всем трем фазам или ее подключение к участкам сети с большей мощностью короткого замыкания.
2. Для снижения несимметрии параллельно нагрузке могут включаться дополнительные симметрирующие устройства, в составе которых имеются
ёмкостные и индуктивные элементы. Выбор симметрирующих устройств осуществляется по величине требуемой реактивной мощности, которая должна соответствовать полной реактивной мощности нагрузки.
3. В сетях напряжением до 1 кВ и при мощности нагрузки не более 250 кВ
А для снижения несимметрии целесообразно использовать трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда – зигзаг с нулем».
4. При резкопеременном характере несимметричной нагрузки, изменяющейся по всем трем фазам, следует использовать
многофункциональные фильтросимметрирующие устройства, позволяющие одновременно компенсировать потребление реактивной мощности и снижать уровень высших гармонических составляющих сетевого напряжения.
1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 20
7.2. Снижение несинусоидальности напряжения
Цель лекции: получить представление о средствах снижения несинусоидальности напряжения в сети.
Задачи лекции:
ознакомиться со способами снижения несинусоидальности напряжения;
узнать, что представляют собой фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ);
ознакомиться с методикой выбора ФКУ;
узнать об особенностях управления работой фильтров, входящих в состав ФКУ.
7.2.1. Способы снижения несинусоидальности напряжения
Ранее (п. 2.4) отмечалась, что работа электроприемников с нелинейными характеристиками сопровождается генерированием высших гармонических составляющих тока, посредством которых искажается форма питающего напряжения и ухудшается качество электроэнергии в сети.
Уменьшить несинусоидальность напряжения можно следующими способами.
1. Схемные решения:
выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин;
рассредоточение нелинейных нагрузок по различным узлам системы электроснабжения;
подключение нелинейной нагрузки к системе с большей мощностью короткого замыкания S
K
2. Использование фильтров:
включение узкополосных резонансных фильтров параллельно нагрузке;
применение фильтрокомпенсирующих устройств;
использование фильтросимметрирующих устройств;
включение активных продольных и поперечных фильтров.
3.
Применение специального оборудования, отличающегося пониженным уровнем генерирования высших гармоник тока, таких как:
«ненасыщающиеся» трансформаторы;
многофазные преобразователи с улучшенными энергетическими показателями.
При выборе конкретного способа компенсации высших гармоник тока учитываются следующие основные факторы:
1) вид источника высших гармонических составляющих. Величина и спектр гармоник зависят от того, каким устройством они создаются – преобразователем, сварочной установкой, дуговой печью или каким-либо другим искажающим электроприемником;
2) месторасположение источника в схеме сети;
3) мощность системы электроснабжения в точке подключения искажающего электроприемника;
4) наличие имеющихся средств компенсации высших гармоник;
5) частотные характеристики системы электроснабжения
(возможность возникновения резонанса на частотах гармоник, генерируемых искажающим электроприемником).
7.2.2. Фильтрокомпенсирующие устройства
Эффективным средством ограничения несинусоидальности токов и напряжений в сети являются фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ).
Они состоят из соединенных последовательно индуктивного и ёмкостного сопротивлений (рис. 100). Элементы ФКУ настраиваются в резонанс на частоте, соответствующей частоте компенсируемой гармоники тока
n
f
n
50
)
(
. При резонансе сопротивление ФКУ по сравнению с входным сопротивлением сети становится ничтожно малым (
x
0). Это позволяет шунтировать n-ю гармонику тока, генерируемую нелинейной нагрузкой.
Рис. 100. Схема включения ФКУ в однофазном исполнении
Сущность работы фильтра поясняет представленная на рис. 100 схема.
При равенстве реактивных сопротивлений индуктивности и емкости
)
(
)
(
n
C
n
L
x
x
суммарное сопротивление фильтра равно нулю:
0
)
(
)
(
n
C
n
L
x
x
x
Это характерно для резонансной частоты
P
n
n
f
P
50
)
(
, т. е. для гармоник тока, порядок которых равен
P
n
n
. Для гармонических составляющих тока более низкого порядка (
P
n
n
) суммарное реактивное сопротивление фильтра будет иметь ёмкостный характер. Это объясняется тем, что ёмкостное сопротивление для токов более низкого порядка увеличивается:
C
f
x
n
n
C
)
(
)
(
2 1
, а величина индуктивного сопротивления уменьшается:
L
f
x
n
n
L
)
(
)
(
2
Поэтому на основной частоте, при
50
f
Гц, фильтрокомпенсирующее устройство становится источником реактивной мощности.
Параметры ФКУ подбираются и настраиваются на частоту компенсируемой гармоники тока. Одновременно оценивается баланс реактивной мощности в точке установки фильтра. Поскольку данное устройство на основной частоте может генерировать реактивную мощность в сеть, то это учитывается и используется для улучшения качества электроэнергии по отклонению напряжения.
7.2.3. Выбор параметров ФКУ
U
C
x
C
x
L(n)
x
C(n)
z
H
I
(n)
I
(n)
I
(n)
= 0
Выбор фильтрокомпенсирующего устройства производится по величине установленной мощности конденсаторной батареи Q
уст
Порядок определения Q
уст
зависит от состава исходных данных.
Рассмотрим упрощенный вариант определения установленной мощности конденсаторной батареи, если известны следующие параметры:
ток компенсируемой гармоники I
(n)
;
напряжение основной частоты U
(1)
U
nom
;
реактивная мощность Q
(1),
которую должен вырабатывать фильтр на основной частоте.
По заданной реактивной мощности, генерируемой ФКУ на основной частоте
)
1
(
)
1
(
)
1
(
I
U
Q
, можно найти величину первой гармоники тока.
Выражение для расчета тока можно также представить в следующем виде:
L
C
x
x
U
U
Q
I
)
1
(
)
1
(
)
1
(
)
1
(
,
(91) где
C
x
C
1
– реактивное сопротивление конденсаторной батареи на основной частоте;
L
x
L
– реактивное сопротивление реактора на основной частоте;
314 50 2
2
)
1
(
f
Гц – угловая частота изменения первой гармоники тока и напряжения.
На частоте компенсируемой гармоники тока сопротивления реактивных элементов должны быть равными:
)
(
)
(
n
C
n
L
x
x
, т. е.
L
n
=
C
n
1
. Из этого равенства следует выражение для определения индуктивности реактора:
C
n
L
2 2
1
(92)
С учетом выражения (92) суммарное сопротивление ФКУ на основной частоте может быть представлено в форме
C
n
n
x
x
L
C
2 2
1
(93)
Ток первой гармоники тока с учетом равенств (91) и (93) будет определяться выражением
1 2
2
)
1
(
)
1
(
)
1
(
n
n
C
U
x
x
U
I
L
C
(94)
Емкость конденсаторной батареи из выражения (94) имеет вид
)
1
(
)
1
(
2 2
1
U
I
n
n
C
(95)
Выражение для определения напряжения конденсаторной батареи на основной частоте имеет вид
1 2
2
)
1
(
)
1
(
)
1
(
)
1
(
n
n
U
C
I
x
I
U
U
C
КБ
С
(96)
В фильтрокомпенсирующем устройстве напряжение на ёмкостном элементе
С
U
всегда превышает напряжение в сети
)
1
(
U
. Это объясняется тем, что множитель
1 2
2
n
n
> 1.
Мощность, генерируемая конденсатором на основной частоте:
С
U
C
I
x
I
Q
КБ
C
КБ
2
)
1
(
2
)
1
(
2
)
1
(
)
1
(
(97)
Мощность, генерируемая конденсатором на частоте высших гармоник тока:
C
n
I
С
U
Q
n
КБ
n
КБ
n
2
)
(
2
)
(
)
(
(98)
Установленная мощность конденсаторной батареи:
КБ
n
КБ
уст
Q
Q
Q
)
(
)
1
(
(99)
При подстановке в формулу (99) выражений (94), (97) и (98) получается уравнение для определения установленной мощности конденсаторной батареи, позволяющее выбрать ФКУ на основе данных о I
(n)
, U
(1)
и Q
(1)
:
уст
Q
=
2
)
1
(
2 2
1
U
n
n
C
+
C
n
I
n
2
)
(
(100)
Для иллюстрации принципов работы фильтрокомпенсирующего устройства проведем небольшой виртуальный эксперимент, подобный тому,
что применялся ранее (п. 5.1). Исследовать будем разомкнутую систему электроснабжения с односторонним питанием и двумя электроприемниками.
Используя программную среду
Electronics
Workbench, составим компьютерную модель электрической сети:
Рис. 101. Компьютерная модель электрической сети с источником высших гармоник
Линию электропередачи моделируют два участка цепи с активными сопротивлениями R1, R2, индуктивностями L1, L2и емкостями С1, С2.
Электроприемники, являющиеся активно-индуктивной нагрузкой, имитируют элементы R3, R4, и L3, L4 соответственно. Для контроля напряжения в точках присоединения нагрузки в схему включены вольтметры
PV1и PV2. Для питания схемы используется источник синусоидального напряжения Е1.
Зададимся параметрами виртуальных компонентов:
источник питанияИП(библиотека Sources): Е1 = 220 В, f = 50
Гц;
Е1
Е2
R1
L1
R2
L2
R3
L3
L4
R4
С1
С2
С3
L5
PV1
PV2
Используя программную среду
Electronics
Workbench, составим компьютерную модель электрической сети:
Рис. 101. Компьютерная модель электрической сети с источником высших гармоник
Линию электропередачи моделируют два участка цепи с активными сопротивлениями R1, R2, индуктивностями L1, L2и емкостями С1, С2.
Электроприемники, являющиеся активно-индуктивной нагрузкой, имитируют элементы R3, R4, и L3, L4 соответственно. Для контроля напряжения в точках присоединения нагрузки в схему включены вольтметры
PV1и PV2. Для питания схемы используется источник синусоидального напряжения Е1.
Зададимся параметрами виртуальных компонентов:
источник питанияИП(библиотека Sources): Е1 = 220 В, f = 50
Гц;
Е1
Е2
R1
L1
R2
L2
R3
L3
L4
R4
С1
С2
С3
L5
PV1
PV2