ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 289
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
сопротивления, индуктивности и емкости участков линии передачи (библиотека Basic): R1 = R2 =1 Ом, L1 = L2 =80 мГ, С1
= С2 = 1 мкФ;
сопротивления и индуктивности электроприемников(библиотека
Basic): R3 = R4 = 350 Ом, L3 = L4 = 300 мГ;
на вольтметрах PV1 и PV2 (библиотека Indicators) установим режимы для измерения сигналов переменного тока – АС.
Предположим, что нелинейная нагрузка является источником высших гармоник пятого порядка. Нелинейную нагрузку имитирует генератор синусоидального напряжения Е2со следующими параметрами: Е2 = 70 В, f =
350 Гц.
Для наблюдения за формой напряжения в сети используем электронный осциллограф Oscilloscope (библиотека Indicators). Полученная осциллограмма изображена на рис. 102.
Результаты моделирования наглядно показывают, как искажается форма напряжения в сети при наличии источника высших гармоник:
Рис. 102. Напряжение в сети при наличии источника высших гармоник и отсутствии ФКУ
Проверим, как изменится форма напряжения в сети при подключении параллельно нагрузке, генерирующей высшие гармоники напряжения и тока,
U
t
фильтрокомпенсирующего устройства (ФКУ). Виртуальными элементами
ФКУ являются индуктивность L5и емкость С3. Параметры этих элементов определим на основе рассмотренного в этом параграфе подхода:
)
1
(
)
1
(
2 2
1 3
U
I
n
n
C
=
220 581
,
0 314 5
)
1 5
(
2 2
= 8,08 мкФ, где
)
1
(
I
581 мА – ток основной частоты, определенный в ходе эксперимента.
L5=
C
n
2 2
1
=
6 2
2 10 08
,
8 314 5
1
= 50 мГ.
Сравним осциллограмму напряжения, полученную при включенных элементах L5и С5 (рис. 103), с предыдущими результатами. Очевидно, что в последнем случае благодаря применению ФКУ удалось компенсировать несинусоидальность напряжения в сети:
Рис. 103. Напряжение в сети при наличии источника высших гармоник и применении ФКУ
7.2.4. Управление ФКУ
На шинах искажающих потребителей в большинстве случаев устанавливается несколько фильтров. Они предназначены для компенсации высших гармоник тока определенного порядка, например, 5-го, 7-го, 11-го,
13-го и т. д. Для этого параметры каждого из фильтров настраиваются на определенную резонансную частоту.
t
U
ФКУ являются индуктивность L5и емкость С3. Параметры этих элементов определим на основе рассмотренного в этом параграфе подхода:
)
1
(
)
1
(
2 2
1 3
U
I
n
n
C
=
220 581
,
0 314 5
)
1 5
(
2 2
= 8,08 мкФ, где
)
1
(
I
581 мА – ток основной частоты, определенный в ходе эксперимента.
L5=
C
n
2 2
1
=
6 2
2 10 08
,
8 314 5
1
= 50 мГ.
Сравним осциллограмму напряжения, полученную при включенных элементах L5и С5 (рис. 103), с предыдущими результатами. Очевидно, что в последнем случае благодаря применению ФКУ удалось компенсировать несинусоидальность напряжения в сети:
Рис. 103. Напряжение в сети при наличии источника высших гармоник и применении ФКУ
7.2.4. Управление ФКУ
На шинах искажающих потребителей в большинстве случаев устанавливается несколько фильтров. Они предназначены для компенсации высших гармоник тока определенного порядка, например, 5-го, 7-го, 11-го,
13-го и т. д. Для этого параметры каждого из фильтров настраиваются на определенную резонансную частоту.
t
U
Все фильтры помимо подавления определенных высших гармонических составляющих тока используются для поддержания на основной частоте баланса реактивной мощности в сети. Поэтому при изменениях режима нагрузки и колебаниях реактивной мощности некоторые фильтры должны отключаться, другие, наоборот, включаться.
Вывод и ввод фильтров в работу должен проводиться в определенном порядке. Произвольные изменения в схеме могут иметь серьезные негативные последствия.
Поэтому при управлении работой фильтрокомпенсирующих устройств учитываются следующие явления.
1. Реактивное сопротивление фильтров, применяемых для подавления гармоник тока высокого порядка, на частотах более низких по сравнению с собственной резонансной частотой является ёмкостным. По этой причине создаются условия для возникновения резонанса для гармонических составляющих тока на низких частотах. Резкое усиление гармоник тока низкого порядка приводит к искажению формы сетевого напряжения и существенному снижению качества электроэнергии в сети. Поэтому недопустимы схемы ФКУ, в которых оказываются включенными фильтры, которые настроены на резонанс с токами высоких порядков, а те из них, что предназначены для подавления гармонических составляющих тока низкого порядка, – отключенными.
2.
Реактивное сопротивление низкочастотных фильтров компенсирующих устройств для токов более высокого порядка имеет индуктивный характер. При работе таких фильтров условия для резонанса токов высокого порядка не создаются. Поэтому они могут находиться во включенном состоянии, когда фильтры гармоник тока высоких порядков отключены.
Рассмотренные явления учитываются при управлении ФКУ.
Включение фильтров ведется в порядке увеличения их резонансной частоты.
Отключение – в обратной последовательности, начиная с фильтров,
предназначенных для компенсации гармоник тока более высоких порядков, заканчивая теми из них, что настроены на низшие резонансные частоты.
Выводы:
1. Эффективным средством уменьшения несинусоидальности сетевого напряжения является применение фильтрокомпенсирующих устройств
(ФКУ).
2. Основным элементом ФКУ является фильтр, содержащий включенный последовательно реактор и конденсаторную батарею.
3. Фильтр ФКУ настраивается на определенную резонансную частоту, соответствующую частоте компенсируемой высшей гармонической составляющей тока.
4. Выбор ФКУ ведется по установленной реактивной мощности конденсаторной батареи. Установленная реактивная мощность батареи конденсаторов определяется исходя из величины компенсируемой гармоники тока и значения реактивной мощности, которую должен генерировать фильтр на основной частоте.
5. При установке нескольких фильтров на шинах искажающего электроприемника и регулировании величины генерируемой реактивной мощности ФКУ включение фильтров производится в порядке увеличения их резонансной частоты, а отключение – в обратной последовательности.
Выводы:
1. Эффективным средством уменьшения несинусоидальности сетевого напряжения является применение фильтрокомпенсирующих устройств
(ФКУ).
2. Основным элементом ФКУ является фильтр, содержащий включенный последовательно реактор и конденсаторную батарею.
3. Фильтр ФКУ настраивается на определенную резонансную частоту, соответствующую частоте компенсируемой высшей гармонической составляющей тока.
4. Выбор ФКУ ведется по установленной реактивной мощности конденсаторной батареи. Установленная реактивная мощность батареи конденсаторов определяется исходя из величины компенсируемой гармоники тока и значения реактивной мощности, которую должен генерировать фильтр на основной частоте.
5. При установке нескольких фильтров на шинах искажающего электроприемника и регулировании величины генерируемой реактивной мощности ФКУ включение фильтров производится в порядке увеличения их резонансной частоты, а отключение – в обратной последовательности.
7.3. Снижение колебаний напряжения
Цель лекции: получить представление о способах и средствах снижения колебаний напряжения в сети.
Задачи лекции:
выявить способы снижения колебаний напряжения;
ознакомиться с техническими решениями, применяемыми для снижения колебаний напряжения.
7.3.1. Выявление способов снижения колебаний напряжения
Колебания напряжения в сети представляют собой быстрые изменения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд. Они характеризуются размахом
t
U
(рис. 104).
Размах изменения напряжения определяется по следующей формуле:
%
100 1
nom
i
i
t
U
U
U
U
,
(101) где
i
U
и
1
i
U
– значения следующих друг за другом экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей среднеквадратических значений напряжения (рис. 104).
Рис. 104. Оценка размаха колебаний напряжения
Размах колебаний напряжения зависит от потребления нагрузкой реактивной мощности и параметров сети:
U
t
, %
t, c
i
i + 1
i + 2
U
t1
U
t3
U
t2
U
t4
t1
t2
t3
t4
2 10
nom
K
H
t
U
x
Q
U
,
(102) где
H
Q
– размах изменений реактивной мощности нагрузки, ВАР;
K
x
– индуктивное сопротивление сети в точке присоединения электроприемника с резкопеременной нагрузкой (сопротивление короткого замыкания), Ом;
nom
U
– номинальное напряжение на зажимах нагрузки, В.
Последнее выражение (102) определяет возможные способы снижения колебаний напряжения в сети:
уменьшение размаха изменений реактивной мощности нагрузки
H
Q
;
понижение индуктивного сопротивления линии в точке присоединения нагрузки
K
x
1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 20
7.3.2. Технические решения, приводящие к снижению колебаний
напряжения
При работе отдельных электроприемников наблюдаются резкие изменения в потреблении реактивной мощности. Скачки по мощности могут происходить со скоростью от десятков до сотен мегавар в секунду. Такие размахи
H
Q
способны вызывать существенные колебания напряжения в сети с частотой порядка 8…12 Гц. Снизить негативное влияние электроприемников на сеть и реализовать выявленные выше способы снижения колебаний напряжения в сети позволяют:
технологическое управление работой электроприемников;
схемные решения;
специальные технические средства.
1. Технологическое управление работой электроприемников
Технологические циклы каждого из нескольких электроприемников с резкопеременной нагрузкой разносят по времени. Такой прием снижает вероятность совпадения режимов наибольших нагрузок и позволяет выровнять результирующий график потребления электроэнергии. Как
следствие удается снизить размахи изменений реактивной мощности и колебания напряжения в сети.
2. Схемные решения по уменьшению колебаний напряжения в сети предусматриваются на стадии проектирования систем электроснабжения.
Суть схемных решений заключается в том, что подключения потребителей с резкопеременными нагрузками планируются от сетей с более высокими классами напряжения. При этом искажающие потребители приближаются к источникам питания. Сопротивления между системой и нагрузкой уменьшаются. Это приводит к снижению колебаний напряжения.
3. Технические средства:
а) разделение нагрузок
Ограничить влияние электроприемников с резкопеременной нагрузкой на другие чувствительные к колебаниям напряжения электроустановки позволяют схемы с раздельным электропитанием. Основными элементами таких схем являются:
сдвоенный реактор (рис. 105, а);
трансформатор с расщепленной обмоткой низкого напряжения
(рис. 105, б).
а)
б)
Рис. 105. Разделение электропитания нагрузки с помощью сдвоенного реактора (а) и трансформатора с расщепленной обмоткой (б)
Спокойные и резкопеременные нагрузки подключаются к различным ветвям реактора или обмоткам трансформатора. Благодаря действию электромагнитной связи между ветвями реактора или частями вторичной
LR
T
1 2
1 2
2. Схемные решения по уменьшению колебаний напряжения в сети предусматриваются на стадии проектирования систем электроснабжения.
Суть схемных решений заключается в том, что подключения потребителей с резкопеременными нагрузками планируются от сетей с более высокими классами напряжения. При этом искажающие потребители приближаются к источникам питания. Сопротивления между системой и нагрузкой уменьшаются. Это приводит к снижению колебаний напряжения.
3. Технические средства:
а) разделение нагрузок
Ограничить влияние электроприемников с резкопеременной нагрузкой на другие чувствительные к колебаниям напряжения электроустановки позволяют схемы с раздельным электропитанием. Основными элементами таких схем являются:
сдвоенный реактор (рис. 105, а);
трансформатор с расщепленной обмоткой низкого напряжения
(рис. 105, б).
а)
б)
Рис. 105. Разделение электропитания нагрузки с помощью сдвоенного реактора (а) и трансформатора с расщепленной обмоткой (б)
Спокойные и резкопеременные нагрузки подключаются к различным ветвям реактора или обмоткам трансформатора. Благодаря действию электромагнитной связи между ветвями реактора или частями вторичной
LR
T
1 2
1 2
обмотки трансформатора колебания напряжения на первичной стороне этих устройств значительно снижаются. В результате в целом уменьшается воздействие искажающей нагрузки на сеть;
б) понижение индуктивного сопротивление линии
Эффективным техническим средством для снижения колебаний напряжения, вызванных работой электроприемников с большими токами и низким коэффициентом мощности (cos
), является устройство продольной
компенсации (УПК) параметров цепи электроснабжения
K
x
Сущность данного способа заключается в том, что в рассечку линии
последовательно с нагрузкой включается конденсаторная батарея, являющаяся основным элементом устройства продольной компенсации
(УПК) реактивной мощности (рис. 106). Благодаря конденсаторам УПК индуктивное сопротивление сети (
C
L
K
x
x
x
), потери и колебания напряжения снижаются.
Рис. 106. Включение УПК в короткую сеть дуговой сталеплавильной печи
(ДСП)
Достоинством рассматриваемого средства уменьшения колебаний напряжения является то, что оно обладает высоким быстродействием и не требует применения каких-либо специальных устройств управления.
ДСП
УП
К
Сетевой трансформатор
Печной трансформатор
Короткая сеть
б) понижение индуктивного сопротивление линии
Эффективным техническим средством для снижения колебаний напряжения, вызванных работой электроприемников с большими токами и низким коэффициентом мощности (cos
), является устройство продольной
компенсации (УПК) параметров цепи электроснабжения
K
x
Сущность данного способа заключается в том, что в рассечку линии
последовательно с нагрузкой включается конденсаторная батарея, являющаяся основным элементом устройства продольной компенсации
(УПК) реактивной мощности (рис. 106). Благодаря конденсаторам УПК индуктивное сопротивление сети (
C
L
K
x
x
x
), потери и колебания напряжения снижаются.
Рис. 106. Включение УПК в короткую сеть дуговой сталеплавильной печи
(ДСП)
Достоинством рассматриваемого средства уменьшения колебаний напряжения является то, что оно обладает высоким быстродействием и не требует применения каких-либо специальных устройств управления.
ДСП
УП
К
Сетевой трансформатор
Печной трансформатор
Короткая сеть
Устройства продольной компенсации широко используются в системах электроснабжения сварочных установок и руднотермических печей. Они также устанавливаются в коротких сетях (между сетевым и печным трансформаторами) дуговых сталеплавильных печей (рис. 106);
в) снижение размаха изменений потребляемой реактивной
мощности
Снизить размахи колебаний напряжения в сети удается также с помощью источника реактивной мощности (ИРМ). За счет данного средства осуществляется поперечная компенсация реактивной мощности нагрузки. Основным элементом ИРМ являются конденсаторные батареи, подключаемые параллельно шинам электропотребителей. Мощность батареи регулируется в соответствии с графиком нагрузки. Для этого применяются специальные быстродействующие средства управления.
Необходимость в таких устройствах возникает из-за высокой скорости изменения реактивной мощности нагрузки, достигающей значений сотен мегавар в секунду. Быстрое изменение мощности конденсаторной батареи достигается за счет использования тиристорных выключателей (рис. 107).
Они осуществляют включение или отключение отдельных секций конденсаторной батареи.
Коммутация тиристорных ключей осуществляется достаточно быстро
(не превышает 20 мс) и позволяет оперативно реагировать на изменения мощности нагрузки. Недостатком является то, что такое регулирование является ступенчатым (рис. 108). Плавно корректировать быстро изменяющуюся реактивную мощность нагрузки
H
Q
с помощью устройств управления на тиристорах нельзя.