УДК 621.316.13

АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ КОМПЕНСАЦИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК

Добуш Василий Степанович
Горный университет

Аннотация
В статье проанализированы различные способы и средства компенсации высших гармоник. Приведены схемы подключения различных средств компенсации высших гармоник. Приведен сравнительный анализ средства компенсации высших гармоник.

Ключевые слова: качество электрической энергии, компенсирующие устройства, пассивные фильтры


ANALYSIS OF METHODS AND DEVICES COMPENSATING HARMONICS

Dobush Vasiliy Stepanovich
Mining University

Abstract
The article analyzes the various methods and means for compensating harmonics. The circuits connecting the various means of compensating harmonics. A comparative analysis of means of compensation for the higher harmonics.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Добуш В.С. Анализ способов и средств компенсации высших гармоник // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 5. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/05/53518 (дата обращения: 29.09.2017).

В различных ситуациях на предприятиях требуется снизить уровень искажения формы кривой питающего напряжения до допустимых значений. Для этих целей применяются различные установки компенсации высших гармоник. Выбор типа устройства, его параметров и способа управления им является сложной инженерной задачей. Причем важным фактором является их расположение в электрической сети, что существенно влияет на эффективность компенсации ВГ.

Рисунок 1 – Структура подключения пассивного фильтра

Существует несколько классификаций устройств компенсации ВГ, но в основном их разделяют по способу подавления ВГ [2]:

-пассивные фильтры, которые состоят только из неактивных элементов, таких как индуктивность, емкость и активное сопротивление;

-активные фильтры, которые кроме пассивных элементов имеют силовые полупроводниковые ключи и систему управления ими;

-гибридные фильтры, состоящие из активного фильтра и пассивного.

Пассивные фильтры могут быть установлены для компенсации гармоник тока от проникновения в систему в случае, если нелинейная нагрузка локально вызывает существенные гармонические искажения.

Пассивные фильтры являются недорогим средством по сравнению с большинством других устройств для подавления искажений. Их структура состоит только из пассивных элементов (индуктивности,  емкости и сопротивления), настроенных на частоты гармоник тока или напряжения, которые необходимо уменьшить.

Рисунок 2 – Структура подключения трехфазного последовательного фильтра

Пассивные фильтры наиболее эффективны, когда они установлены близко с нелинейной нагрузкой. Резонансная частота энергосистемы должна быть точно определена в местах гармонических искажений, вызываемых нелинейной нагрузкой.

На практике, пассивные фильтры добавляются в систему, начиная с низшего порядка гармоник, которые должны быть компенсированы. Например, установка фильтра седьмой гармоники обычно требует установки фильтра пятой гармоники.

Существуют различные типы пассивных фильтров для однофазных и трехфазных систем по схемам параллельного и последовательного (рисунок 2) включения. Фильтры со схемой параллельного включения более распространены на практике. Они обеспечивают интервалы с низким сопротивлением для потока гармонических токов.

Пассивные фильтры, включенные параллельно, пропускают только часть общего тока нагрузки и будут иметь более низкую эффективность  по сравнению с фильтрами с последовательной схемой включения, которые могут полностью проводить ток нагрузки. Как следствие, фильтры с параллельным включением используются из-за их низкой стоимости и возможности обеспечения  компенсации реактивной мощности на основной частоте.

Рисунок 3 – Структура подключения трехфазного шунтирующего фильтра

Также существует возможность использования более одного пассивного фильтра, использующего параллельную и/или последовательную схему включения. Структура внедряемого фильтра зависит от типа преобладающего гармонического источника (источника напряжения, источника тока).

Таким образом, проектирование, изготовление и реализация пассивных фильтров проще и легче, чем у других устройств, например, синхронных компенсаторов и активных фильтров и они обладают следующими преимуществами:

-являются надежными, экономичными и относительно недорогими;

-могут быть изготовлены на большие мощности (до нескольких МВА);

-не требует высоких эксплуатационных затрат;

-могут обеспечивать быстрое время отклика, что повышает качество электроэнергии (доза фликера);

-в отличие от вращающихся машин (например, синхронных двигателей или компенсаторов) пассивные фильтры не способствуют появлению токов короткого замыкания;

-в дополнение к улучшению качества электроэнергии, хорошо продуманные пассивные фильтры могут служить для коррекции коэффициента мощности и уменьшения падения напряжения, связанных с включением  больших нагрузок (например, мощных асинхронных двигателей).

Эти преимущества привели к широкому применению пассивных фильтров в различных отраслях энергосистем. Тем не менее, инженеры также столкнулись с некоторыми ограничениями и недостатками пассивных фильтров, которые могут заставить искать альтернативные решения, такие как активные и гибридные системы фильтрации. Недостатки пассивных фильтров заключаются в следующем[1,2]:

-компенсация или уменьшение только определенных гармоник, большой размер;

-возможен резонанс с сопротивлением системы питания на основной и/или других частотах;

-сложность изменения настроенной частоты и размеров фильтра после установки;

-может произойти уменьшение эффективности работы фильтра из-за изменений его параметров (вызванных старением, порчей, и температурными воздействиями) и нелинейной характеристики нагрузки;

-для эффективности сопротивление фильтра должно быть меньше сопротивления системы, что может стать проблемой для мощных или жестких систем ;

-резонанс между системой и фильтром может привести к усилению действия гармоник тока. Таким образом, разработчик ограничен в выборе настраиваемых частот;

-могут потребоваться специальные защитные и следящие устройства для контроля коммутационных перенапряжений, несмотря на то, что в фильтре установлены реакторы;

-невозможно осуществить бесступенчатое управление (реактивной мощностью, коэффициентом мощности, напряжением), так как фильтр может быть либо включен, либо выключен.

В силу описанных недостатков в ряде случаев возникает необходимость применения активных фильтров. Подобное электрооборудование, построенное на основе полупроводниковых элементов, является альтернативой пассивным фильтрам компенсации высших гармоник. Одно из преимуществ данных устройств является автоматическое изменение параметров компенсации в зависимости от условий, возникающих в энергосистеме. Активные фильтры используются при динамически изменяющемся спектре, протекающего искаженного тока. Используемые активные фильтры имеют параллельную и последовательную структуру в зависимости от типа источника искажения. Активные фильтры, построенные на элементах силовой электроники, генерируют высшие гармоники тока, соответствующие спектру тока, протекающему по электрической сети, но находящиеся в противофазе ему. Тем самым происходит компенсация токов высших гармоник в сети. В сравнении с пассивными фильтрами данные устройства являются более дорогостоящими и не подходят для большинства малых предприятий.


Библиографический список
  1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 4-е изд., перераб. и доп. – М: Энергоатомиздат, 2000. – 331 с.
  2. Arrillaga, J.; Smith, B.C.; Watson, N.R.; and Wood, A.R.; Power Systems Harmonic Analysis, John Wiley & Sons, 1997.


Все статьи автора «griimov»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: