Cum se reduce tensiunea nesinusoidală

O serie de consumatori de energie electrică au o dependență neliniară a consumului de curent de tensiunea aplicată, datorită căreia consumă un curent nesinusoidal din rețea... Acest curent care circulă din sistem prin elementele rețelei determină o -căderea de tensiune sinusoidală în ele, care „suprapune” tensiunea aplicată și distorsionează. Distorsiunea de tensiune sinusoidală are loc la toate nodurile de la sursa de alimentare la receptorul electric neliniar.

Sursele distorsiunii armonice sunt:

• cuptoare cu arc pentru producția de oțel,

• convertoare de supape,

• transformatoare cu caracteristici neliniare volt-amper,

• convertoare de frecvență,

• cuptoare cu inducție,

• mașini electrice rotative,

• alimentat de convertoare de supape,

• receptoare de televiziune,

• lampă fluorescentă,

• lămpi cu mercur.

Ultimele trei grupuri se caracterizează printr-un nivel scăzut de distorsiune armonică a receptoarelor individuale, dar un număr mare dintre ele determină un nivel semnificativ de armonici chiar și în rețelele de înaltă tensiune.

Vezi si: Surse de armonici în rețelele electrice și Motive pentru apariția armonicilor superioare în sistemele de alimentare moderne

Modalități de reducere a tensiunii nesinusoidale pot fi împărțite în trei grupuri:

a) soluții în lanț: distribuția sarcinilor neliniare pe un sistem de magistrală separat, distribuția sarcinilor în diferite unități ale SES cu conectarea motoarelor electrice în paralel cu acestea, gruparea convertoarelor după schema de multiplicare a fazelor, conectarea sarcina la un sistem de putere mai mare,

b) utilizarea dispozitivelor de filtrare, includerea în paralel a sarcinii filtrelor de rezonanță în bandă îngustă, includerea dispozitivelor de compensare a filtrului (FCD);

c) utilizarea echipamentelor speciale caracterizate printr-un nivel redus de generare a armonicilor superioare, utilizarea transformatoarelor „nesaturate”, utilizarea convertoarelor multifazate cu caracteristici energetice îmbunătățite.

Dezvoltare baza elementară a electronicii de putere iar noi metode de modulație de înaltă frecvență au condus la crearea în anii 1970 a unei noi clase de dispozitive, imbunatatirea calitatii energiei electrice – filtre active (AF)... Imediat a apărut clasificarea filtrelor active în serie și paralele, precum și a surselor de curent și tensiune, ceea ce a dus la patru circuite principale.

Fiecare dintre cele patru structuri (Fig. 1. 6) determină circuitul filtrului la frecvența de funcționare: întrerupătoarele din convertor și tipul de întrerupătoare în sine (comutator cu două căi sau un singur sens). Ca dispozitiv de stocare a energiei într-un convertor care servește drept sursă de curent (Fig. 1.a, d), este utilizat inductanţă, iar în convertor, care servește ca sursă de tensiune (Fig. 1.b, c), se folosește capacitatea.

Figura 1.Principalele tipuri de filtre active: a — sursă de curent paralel; b — sursă de tensiune paralelă; c — sursă de tensiune în serie; d — sursă de curent în serie

Se știe că rezistența filtrului Z la frecvența w este egală cu

Când ХL = ХC sau wL = (1 / wC) la frecvența w, rezonanța tensiunii, ceea ce înseamnă că rezistența filtrului pentru componenta armonică și de tensiune cu frecvența w este egală cu zero.În acest caz, componentele armonice cu frecvența w vor fi absorbite de filtru și nu vor pătrunde în rețea. Principiul proiectării filtrelor rezonante se bazează pe acest fenomen.

În rețelele cu sarcini neliniare, de regulă, apar armonici ale seriei canonice, al căror număr de ordine este ν 3, 5, 7,. … ..

Figura 2. Circuitul echivalent al unui filtru de rezonanță de putere

Ținând cont de faptul că XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), unde XL și Xc sunt rezistențele reactorului și ale bancului de condensatori la frecvența fundamentală, obținem:

Un filtru care, pe lângă filtrarea armonicilor, va genera putere reactiva, și compensează pierderile de putere și tensiunea rețelei, se numește filtru de compensare (PKU).

Dacă un dispozitiv, pe lângă filtrarea armonicilor superioare, îndeplinește funcțiile de echilibrare a tensiunii, atunci un astfel de dispozitiv se numește echilibrare a filtrului (FSU)... Structural, FSU-urile sunt un filtru asimetric conectat la tensiunea de linie a rețelei. Alegerea tensiunii de linie la care sunt conectate circuitele de filtrare FSU, precum și rapoartele de putere ale condensatoarelor incluse în fazele filtrului, sunt determinate de condițiile de echilibrare a tensiunii.

Din cele de mai sus rezultă că dispozitive precum PKU și FSU acționează simultan asupra mai multor indicatori de calitate a puterii (nesinusoidal, asimetrie, abatere de tensiune). Astfel de dispozitive pentru îmbunătățirea calității energiei electrice sunt numite dispozitive de optimizare multifuncționale (MOU).

Utilitatea dezvoltării unor astfel de dispozitive a apărut datorită faptului că încărcăturile variabile brusc de tipul cuptoare cu arc din oțel cauzează distorsiuni simultane de tensiune pentru un număr de indicatori. Utilizarea MOU oferă o oportunitate de a rezolva în mod cuprinzător problema asigurării calității energiei electrice, de ex. simultan pentru mai mulţi indicatori.

Categoria unor astfel de dispozitive include sursele de putere reactivă statică de mare viteză (IRM).

Conform principiului de reglare a puterii reactive, IRM poate fi împărțit în două grupe: surse de putere reactivă statică de mare viteză de compensare directă, surse de putere reactivă statică de mare viteză de compensare indirectă... Structurile IRM sunt prezentate în Figura 3. , a, b, respectiv . Astfel de dispozitive, care au o viteză mare de răspuns, pot reduce fluctuațiile de tensiune. Reglarea treptată și prezența filtrelor asigură echilibrarea și reducerea nivelurilor armonice mai mari.

În fig. 3, este prezentat un circuit de compensare directă în care sursa de putere reactivă „controlată” este comutată prin intermediul tiristoare banc de condensatori. Bateria are mai multe secțiuni și vă permite să variați discret puterea reactivă generată. În fig. 3b, puterea IRM este variată prin reglarea reactorului. Cu această metodă de control, reactorul consumă puterea reactivă în exces generată de filtre.Prin urmare, metoda se numește compensare indirectă.

Figura 3. Diagrame bloc ale unui IRM multifuncțional cu compensare directă (a) și indirectă (b).

Compensarea indirectă are două dezavantaje principale: absorbția surplusului de putere provoacă pierderi suplimentare, iar modificarea puterii reactorului folosind unghiul de control al supapei duce la generarea suplimentară de armonici superioare.