Способ защиты потребителей электроэнергии от воздействия высших гармонических составляющих
Владельцы патента RU 2289876:
Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) (RU)
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам, обеспечивающим повышение параметров качества электрической энергии для потребителей, подверженных влиянию негативных факторов высших гармонических составляющих электрической энергии. Технический результат заключается в повышении параметров качества электрической энергии для потребителей. Для этого в способе генерируют в сеть высшие гармонические составляющие тока, действующие в противофазе с высшими гармониками основной сети, используя энергию независимого источника питания. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам, обеспечивающим повышение параметров качества электрической энергии для потребителей, подверженных влиянию негативных факторов высших гармонических составляющих электрической энергии.
Известны способы снижения уровня высших гармонических составляющих электрической энергии, включающие силовые резонансные фильтры, простые режекторные фильтры или сложные комбинированные фильтры (полосовые), служащие для фильтрации нескольких гармоник. Изготавливаются силовые резонансные фильтры 5, 7, 11 и 13 гармоник (Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий [Текст] / И.В.Жежеленко. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.109). Принцип действия таких установок основан на возникновении резонанса в их собственном колебательном контуре, настроенном на определенную частоту. Фильтры могут устанавливаться в сети для разделения линейных и нелинейных нагрузок (заградительные фильтры) или для поглощения (шунтирования) токов высших гармоник. Повышение эффективности электроснабжения обеспечивается также использованием силовых резонансных фильтров в составе быстродействующих компенсирующих устройств. Главным недостатком известных способов, как показала многолетняя их эксплуатация, является:
- неполная компенсация высших гармоник;
- фильтрация только высших гармонических составляющих определенной частоты (номера);
- невозможность компенсации высших гармоник при резком изменении их спектра.
Это приводит к повышенному нагреву токоведущих частей, срабатыванию защит электротехнических установок, выходу из строя чувствительной микропроцессорной аппаратуры управления технологическими процессами.
В качестве прототипа принят способ повышения качества электрической энергии, заключающийся в выделении из напряжения электрической сети высших гармоник напряжения, а также первой гармоники, определяемой напряжением асимметрии, выпрямлении выделенных гармоник напряжения, преобразовании выпрямленного напряжения в переменное напряжение с частотой, равной частоте первой гармоники сети, и возвращении переменного напряжения в электрическую сеть (Патент RU №2237334 С2, H 02 J 3/01, H 02 J 3/26. Способ повышения качества электрической энергии // опубл. 2004).
Недостатком данного способа является
- обеспечение неполной компенсации высших гармоник, ограниченной характеристиками фильтров, входящих в его состав;
- фильтрация только определенного частотного спектра высших гармонических составляющих;
- невозможность удовлетворительной компенсации высших гармоник при резком изменении их спектра.
Изобретением решается задача повышения параметров качества электрической энергии для потребителей, использующих силовые преобразователи и другое электрооборудование, являющееся источниками высших гармоник, путем полной компенсации высших гармоник за счет генерации в сеть высших гармонических составляющих электроэнергии, действующих в противофазе с высшими гармониками основной сети.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем выделение первой и высших гармоник тока, применяют генератор высших гармоник, представляющий управляемый тиристорный преобразователь, питающийся от независимого источника.
Отличительными признаками предложенного способа являются генерация в сеть высших гармоник тока переменного управляемого спектра, действующих в противофазе с гармониками основной сети, применение независимого источника питания для генератора высших гармоник, что позволяет избежать выделения дополнительных высших гармоник тока в сеть от тиристорного преобразователя.
Предлагаемый способ поясняется чертежами фиг.1 и фиг.2, на которых показана схема установки для компенсации высших гармоник и кривые токов на выходе трансформатора тока и на входе анализатора высших гармоник.
На схеме фиг.1 показаны измерительный трансформатор тока 1, анализатор высших гармоник 2 с фильтром первой гармоники 3, независимый источник питания 4, управляемый тиристорный преобразователь 5 и выпрямительная установка 6.
Заявляемый способ предполагает использование измерительного трансформатора тока 1 (фиг.1), служащего для приведения сетевого тока к величине до 5 А, являющейся пригодной для дальнейшего преобразования. Трансформатор тока подключается к любой из фаз электрической сети ввиду симметрии высших гармоник во всех фазах. К трансформатору тока 1 предъявляются требования минимальной токовой и угловой погрешности (класс точности 0,5) и отсутствия искажений преобразования тока на повышенных частотах (до 3 кГц). Кривая тока на выходе 1 показана на фиг.2,а. Для анализа высших гармонических составляющих тока сети служит анализатор высших гармоник 2 (фиг.1), представляющий быстродействующий аналогово-цифровой преобразователь, подключаемый к трансформатору тока 1 и служащий для преобразования информации, поступающей с 1 в цифровой вид, пригодный для дальнейшей обработки. Анализатор высших гармоник разлагает весь спектр высших гармоник тока на частоты, кратные 50 Гц, и определяет их уровень и начальную фазу. К анализатору 2 предъявляются требования работы на частоте до 3 кГц. С учетом того, что анализу подвергаются только высшие гармонические составляющие тока сети, необходимо из кривой тока, получаемой на выходе трансформатора 1, исключить кривую основной гармоники тока сети. Для этих целей служит фильтр первой гармоники 3, представляющий резонансный фильтр, настроенный на частоту сети (50 Гц) (фиг.1). Устройство 3 подключается на входе 2 либо входит в его состав. Кривая тока на выходе 3 показана на фиг.2,б. Для компенсации высших гармоник служит независимый источник питания 4 постоянного или переменного тока. Для генерации высших гармоник тока в сеть служит каскад быстродействующих управляемых тиристорных преобразователей 5 (фиг.1), которые получают питание от 4. Управляемый тиристорный преобразователь представляет устройство, действующее по принципу частотного инвертора. Мощность 4 и 5 подбирается в пределах 1-2% номинальной мощности сети. При использовании источника питания переменного тока необходимо также для питания 5 использовать силовую выпрямительную установку 6. Управление начальной фазой и уровнем высших гармоник тока, генерируемых 5, осуществляется по принципу обратной связи с 2 (фиг.1), осуществляемой посредством электрической сети, в которой производится компенсация. Критерием управления служит минимизация уровня высших гармоник на определенной частоте. Высшие гармоники, возникающие в сети источника питания, осуществляющего питание управляемого тиристорного преобразователя и выпрямителя, не оказывают никакого влияния на основную сеть и поэтому не нуждаются в какой-либо компенсации.
К конструктивным элементам установки предъявляются требования устойчивости к высокому напряжению и безопасности работы персонала при высоком напряжении.
Способ защиты потребителей электроэнергии от воздействия высших гармонических составляющих, включающий выделение первой и высших гармоник электроэнергии, отличающийся тем, что, с целью обеспечения компенсации высших гармонических составляющих электроэнергии, генерируют в сеть высшие гармонические составляющие тока, действующие в противофазе с высшими гармониками основной сети, используя энергию независимого источника питания.
