Способ снижения влияния высших гармоник на электрооборудование



Способ снижения влияния высших гармоник на электрооборудование
Способ снижения влияния высших гармоник на электрооборудование

 


Владельцы патента RU 2543075:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - снижение коэффициента несинусоидальности напряжения сети и уменьшение влияния высших гармоник тока при наличии переменной нелинейной нагрузки. Способ заключается в том, что при возникновении высших гармоник со стороны нелинейной нагрузки исследуемого предприятия на выходе понижающего трансформатора устанавливают емкостное сопротивление, параметры которого выбирают из условия снижения несинусоидальности напряжения на нагрузке. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к способам снижения уровня высших гармоник в электрических сетях. Способ может быть использован в системах электроснабжения промышленных предприятий с неизменной и переменной нагрузкой для исключения перегрузок от высших гармоник электрооборудования.

Известен способ повышения качества электрической энергии, заключающийся в выделении из напряжения электрической сети высших гармоник напряжения, а также первой гармоники, определяемой напряжением нулевой последовательности, 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, опубликован 27.09.2004).

Недостатком известного способа является неполная компенсация высших гармоник, ограниченная характеристиками фильтров, входящих в его состав. Способ основан на применении силовых полупроводниковых систем, что приводит к увеличению стоимости оборудования.

Известен способ снижения уровня высших гармоник (US Patent Application 20080129122, опубликован 05.06.2008), который заключается в установке фильтров, состоящих из трех основных элементов: последовательно включенный реактор и резонансный шунтирующий фильтр. Последовательно включенный реактор ограничивает высшие гармоники, генерируемые нелинейной нагрузкой в сеть. Резонансный шунтирующий фильтр состоит из LC цепи с резонансной частотой, настроенной на частоту гармоники напряжения, которую необходимо ослабить. На резонансной частоте шунтирующий фильтр имеет минимальное сопротивление, соответствующее активному сопротивлению реактора. Поэтому фильтр потребляет почти все генерируемые гармонические токи резонансной частоты с низким гармоническим искажением напряжения на этой частоте (напряжение равно произведению сопротивления реактора на протекающий через фильтр ток).

Основным недостатком этого способа является то, что установка резонансного шунтирующего фильтра, настроенного лишь на одну гармонику, не позволяет уменьшить гармонические искажения до желаемых пределов. Для компенсации нескольких гармоник устанавливается несколько резонансных шунтирующих фильтров, что приводит к увеличению стоимости оборудования.

Известен способ повышения качества электрической энергии, заключающийся в снижении уровня высших гармоник путем настройки нескольких групп из последовательных контуров на резонанс напряжений по 5, 7, 11 и 13 гармоникам (Жежеленко И.В. «Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий». М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 109). Принцип действия таких устройств 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) и для поглощения (шунтирования) токов высших гармоник.

Недостатком использования данных фильтров является неполная компенсация высших гармоник. Для каждого порядка гармоник требуется отдельный фильтр, настроенный на эту гармонику. Как правило, устанавливаются несколько фильтров, что приводит к увеличению стоимости оборудования.

Известен способ и устройство для компенсации появляющихся в сети искажений формы сетевого напряжения (патент Германии 19738125, опубликован 25.04.2000) на основе активного фильтра, содержащее импульсный преобразователь тока в виде инвертора и индуктивно-емкостную связь колебательного контура. Способ заключается в формировании импульсов управления силовыми ключами инвертора на основе определения пространственных векторов искаженного напряжения сети.

Основным недостатком этого способа является наличие значительного количества электротехнических элементов как в управляющей цепи, так и в силовой части устройства, предназначенного для реализации способа, что приводит к снижению надежности предложенного устройства. Способ основан на применении силовых полупроводниковых систем, что приводит к значительному увеличению стоимости оборудования.

Известен способ снижения уровня высших гармоник (патент RU №2416853, опубликован 20.04.2011), принятый за прототип, который заключается в размещении дополнительных реакторов, представляющих большое сопротивление для высших гармоник, в электрической сети. Предлагаемый способ основан на изменении амплитудно-частотной характеристики узла сети, так как сеть содержит как индуктивные, так и емкостные элементы. При фиксированном составе электрической нагрузки и определенном сочетании дополнительных реакторов ограничивается весь спектр высших гармоник до требуемых пределов.

Основным недостатком этого способа является то, что в условиях режима работы нелинейной нагрузки с динамичным изменением потребляемого искаженного тока не обеспечивается полная компенсация гармонических искажений в напряжении и токе.

Технический результат изобретения заключается в снижении коэффициента несинусоидальности напряжения сети и уменьшении влияния высших гармоник тока на работу электрооборудования при наличии переменной нелинейной нагрузки.

Технический результат достигается тем, что в способе снижения уровня высших гармоник, заключающемся в уменьшении несинусоидальности напряжения сети и снижении перегрузок по току от высших гармоник на электрооборудование путем установки дополнительных реакторов в электрической сети предприятия, согласно изобретению при возникновении высших гармоник со стороны нелинейной нагрузки исследуемого предприятия уменьшают несинусоидальность падения напряжения на сопротивлении системы с помощью установки емкостного сопротивления на выходе понижающего трансформатора, что приводит к снижению несинусоидальности напряжения в электрической сети предприятия в условиях переменной электрической нагрузки.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 показана принципиальная схема электрической сети промышленного предприятия, на фиг. 2 приведена схема замещения электрической сети с учетом дополнительных реакторов. На фиг. 1: S - сопротивление системы (1); P - реактор (2); ЕМК - дополнительное емкостное сопротивление на выходе понижающего трансформатора (2); Л1, Л2, Л3 - линии электропередач (7); Tp1, Тр2 - понижающие трансформаторы (3); Cl, С2 - соответственно низковольтные и высоковольтные конденсаторные батареи (КБ) (5); АД1, АД2 - низковольтные двигатели (4); АД3 - высоковольтный двигатель (4); ИГ - источник высших гармоник (6).

На фиг. 2: U0(ν) - составляющая напряжения ν-ых гармоник (1); RЛ1, RЛ2, RЛ3, RТ1, RТ2, RН1, RН2, RН3 - активные сопротивления соответственно принципиальной схеме (2); ν·ΧΡ, ν·ΧΡ2, ν·ΧΡ3, ν·ΧΡ4 - реактивные сопротивления дополнительных реакторов (3); ν·ХЛ1, ν·ХЛ2, ν·ХЛ3, ν·ΧТ1, ν·ΧТ2, ν·ХН1, ν·XН2, ν·XН3, XC1/ν, XC2/ν - реактивные сопротивления на ν-гармонике соответственно принципиальной схеме (4); Ι0(ν) - составляющая тока ν-ых гармоник вентильных приводов (5); ν·XP - реактивное сопротивление дополнительного реактора на выходе понижающего трансформатора (6); Xемк/ν - емкостное сопротивление на выходе понижающего трансформатора (7); ν·XS - реактивное сопротивление системы (8).

Способ снижения уровня высших гармоник реализуется следующим образом.

Источник высших гармоник 6 на фиг. 1 (ИГ) искажает форму кривой тока, в результате искаженный ток создает искаженное падение напряжения в сети и, следовательно, искажается форма кривой напряжения. Исходя из того, что в схеме замещения на фиг. 2 присутствуют различного рода реактивные сопротивления 4, то реально получить полюсы для различных гармоник путем включения дополнительных реакторов 3 (ν·ΧΡ, ν·ΧΡ2, ν·ΧΡ3, ν·ΧΡ4). Индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте протекающего тока, поэтому дополнительно включенные в сеть реакторы создают большое сопротивление для высших гармоник и снижают гармонические искажения кривых тока и напряжения. Таким образом, изменяя амплитудно-частотную характеристику узла сети, можно добиться уменьшения токов КБ до их допустимого значения. Место включения дополнительных реакторов показано на фиг. 2.

Искажения могут поступать в сеть исследуемого предприятия как со стороны внешнего ИГ относительно главного ввода предприятия, так и со стороны переменной нелинейной нагрузки на исследуемом предприятии.

Если ИГ является нелинейная нагрузка исследуемого предприятия, то на схеме замещения (фиг. 2) такая нагрузка представляется совокупностью источников тока 5 частотами от 1 до η, где η - порядок (номер) высших гармоник. Несинусоидальный ток нелинейной нагрузки, протекая по линиям электропередач (сопротивлению системы), создает падение напряжения, которое в свою очередь тоже становится несинусоидальным. Вследствие этого напряжение в электрической сети исследуемого предприятия будет несинусоидальным. Уменьшая сопротивление системы 8 (фиг. 2), несинусоидальность напряжения на нагрузке, обусловленная несинусоидальным током нелинейной нагрузки, будет уменьшаться. В свою очередь, увеличение сопротивления системы в этом случае приводит к увеличению несинусоидальности напряжения электрической сети предприятия. Установка емкостного сопротивления 7 (фиг. 2) последовательно с сопротивлением системы 8 (фиг. 2) приводит к уменьшению последнего. Таким образом, в случае преобладания высших гармоник со стороны нелинейной нагрузки исследуемого предприятия выбираются параметры емкостного сопротивления 7 (Xемк/ν), приводящего к снижению несинусоидальности напряжения на нагрузке.

Если ИГ является нелинейная нагрузка во внешней сети относительно главного ввода исследуемого предприятия, то на схеме замещения (фиг. 2) такая нагрузка представляется совокупностью источников напряжения 1 частотами от 1 до n, где n - порядок (номер) высших гармоник. В таком случае напряжение на нагрузке исследуемого предприятия уже будет несинусоидальным вследствие питания электрической сети несинусоидальным напряжением. Увеличение сопротивления системы 8 (фиг. 2) приводит к уменьшению высших гармоник в питающем напряжении, так как индуктивное сопротивление создает пробку для высших гармоник, поступающих со стороны внешней сети. Установка индуктивного сопротивления 6 (фиг. 2) последовательно с сопротивлением системы 8 (фиг. 2) приводит к увеличению последнего. Таким образом, в случае преобладания высших гармоник со стороны внешней сети относительно ввода исследуемого предприятия выбираются параметры реактора 6 (ν·XP), представляющего собой индуктивное сопротивление, на выходе понижающего трансформатора.

Очевидно, что изменение сопротивления системы должно удовлетворять условиям электромагнитной совместимости системы электроснабжения при максимально возможном коэффициенте мощности. Прежде всего, необходимо при этом поддерживать уровень напряжения в допустимых пределах.

Достоинством способа уменьшения влияния высших гармоник на электрооборудование промышленных предприятий является экономичность затрат на устройство для его осуществления, снижение всего спектра высших гармоник до допустимых пределов в условиях переменной нелинейной нагрузки.

Способ снижения уровня высших гармоник, заключающийся в уменьшении несинусоидальности напряжения сети и снижении перегрузок по току от высших гармоник на электрооборудование путем установки дополнительных реакторов в электрической сети предприятия при фиксированном составе электрической нагрузки, отличающийся тем, что при возникновении высших гармоник со стороны нелинейной нагрузки исследуемого предприятия уменьшают несинусоидальность падения напряжения на сопротивлении системы с помощью установки емкостного сопротивления на выходе понижающего трансформатора, что приводит к снижению несинусоидальности напряжения в электрической сети предприятия в условиях переменной электрической нагрузки.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - уменьшение потерь энергии, обусловленных постоянным подключением к сети резонансных фильтров-подавителей, гармоники которых в данный момент отсутствуют.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности прогнозирования распределения гармонических составляющих тока и напряжения по неразветвленным участкам шестипроводных линий электропередачи.

Изобретение относится к области электротехники, к устройствам подавления и компенсации высших гармоник в электрических сетях и может быть использовано в мощных регулируемых электроприводах переменного тока с двухзвенными преобразователями частоты, в которых входной диодный выпрямитель является нелинейной нагрузкой.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокочастотных энергосистемах. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей, уменьшение затрат и расширение области применения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к повышению качества тока в электропитающих сетях. .

Изобретение относится к электроэнергетике и к электротехнике и может быть использовано для повышения качества электрической энергии в энергетических или автономных системах электроснабжения при наличии как симметричной, так и несимметричной нагрузок.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения эффективности передачи электрической энергии путем снижения высших гармоник тока в трехфазных четырехпроводных электрических сетях.

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью неизолированной несимметричной линии электропередачи трехпроводного исполнения. Технический результат - согласование несимметричной трехфазной трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой на частотах различных гармоник - достигается в результате выполнения определенных условий, заключающихся в сопоставлении действительного и эталонного сопротивлений нагрузки, напряжений в конце линии или токов на частотах гармонических составляющих, поступающих в нагрузку. При этом реализация согласования на частоте одной гармоники приведет к изменению спектра гармонических составляющих токов и напряжений, а значит, согласование должно быть реализовано поэтапно, где поочередно будет происходить согласование на частоте каждой явно выраженной гармоники. Исходные данные о напряжениях и токах в линии могут быть получены через устройства сопряжения или датчики, выполненные в виде трансформаторов напряжения и тока или в виде делителей напряжения и шунтов переменного тока, анализаторов спектра и т.д. В результате обработки исходных данных в процессоре формируются управляющие сигналы для корректирующих органов, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов, регулировочные автотрансформаторы, автоматизированные технологические комплексы, накопители электроэнергии, источники активной мощности, такие как маломощные гидроэлектростанции или электростанции других типов, синхронные компенсаторы, фильтры высших гармонических составляющих токов и напряжений различных модификаций. 5 ил.

Изобретение относится к электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности к системе автоматизации устройств фильтрации высших гармоник тока и напряжения и компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки (ФКУ). В ФКУ содержатся фильтры на 150 и 250 Гц, а также полосовой фильтр с резистором для фильтрации гармоник 350 Гц и выше. Технический результат - снижение потерь мощности в ФКУ. Для снижения потерь мощности в ФКУ предлагается ввести контактор для отключения резистора полосового фильтра при малых значениях напряжения высших гармоник. 1 ил.

Изобретение относится к системам распределения мощности на морских судах. Система распределения мощности содержит первую шину распределения, вторую шину распределения и мультиимпульсный выпрямитель, имеющий выводы, подключенные к первой шине распределения. Также система содержит генератор с множеством выходов, причем n фаз первого ас выхода имеют фазовый сдвиг относительно m фаз второго ас выхода. Первая часть n фаз первого ас выхода имеет фазовый сдвиг на заданный положительный угол относительно m фаз второго ас выхода, а вторая часть n фаз первого ас выхода имеет фазовый сдвиг на заданный отрицательный угол относительно m фаз второго ас выхода. Минимизируются гармонические искажения. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для синтеза частотных фильтров, обеспечивающих минимизацию искажений тока и напряжения в системах генерации, преобразования и распределения электрической энергии. Предлагаемый способ может применяться в синтезаторах фильтров, а также в регуляторах многочастотных адаптивных устройств фильтрации спектра, структура и параметры которых определяются в реальном масштабе времени на основании измерений. Техническим результатом изобретения является расширение спектров частот фильтрации синтезируемых частотных фильтров, повышение точности и вычислительной эффективности синтеза частотных фильтров, а также возможность использования способа при синтезе частотных фильтров с целью реализации адаптивных устройств фильтрации спектра. Технический результат достигается тем, что при соблюдении определенных условий задают путем измерений основную частоту, а также напряжение и реактивную мощность фильтра на основной частоте, задают путем измерений любое требуемое количество n частот пропускания фильтра (1≤n<∞), определяют (n-1) частот задерживания фильтра, определяют необходимую структуру фильтра, которая состоит из n колебательных контуров, первый из которых последовательный, а остальные (n-1) параллельные, затем вычисляют значение емкости последовательного колебательного контура, формируют матрицу синтезируемого фильтра, определяют индуктивности фильтра путем решения матрицы синтезируемого фильтра методом Гаусса-Жордана или другими численными методами, далее вычисляют емкости параллельных колебательных контуров фильтра, после чего производят вывод данных о структуре и параметрах элементов, а также о заданных и измеренных величинах, с целью физической реализации и мониторинга синтезируемых фильтров. При этом способ позволяет с высокой точностью и вычислительной эффективностью в реальном масштабе времени синтезировать частотные фильтры, которые обеспечат фильтрацию любых n частот спектров тока и напряжения в системах генерации, преобразования и распределения электрической энергии. 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Трехфазный трансформаторный фильтр содержит два трехфазных трансформатора, первичные обмотки первого из которых включены в треугольник, а второго в звезду. Основные вторичные обмотки каждой фазы соединены согласно последовательно между собой, причем первые крайние выводы каждой фазы соединены между собой в нулевую точку, а вторые крайние выводы являются выводами для подключения однофазных и трехфазных нагрузок. Коэффициенты трансформации трансформаторов выбирают таким образом, чтобы напряжения на вторичных обмотках обеих трансформаторов были одинаковыми. Технический результат - подавление высших гармоник при нелинейном характере нагрузки. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение коэффициентов искажения синусоидальности формы кривых тока и напряжения сети. В устройстве компенсации высших гармоник и коррекции несимметрии сети, содержащем инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, контроллер снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора. Контроллер системы управления снабжен блоком выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности и блоком фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, при этом вход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с выходом датчика тока сети, а выход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с входом блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, который также соединен с выходом блока фазовой синхронизации, при этом выход блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока соединен с входом формирователя импульсов. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Техническим результатом является улучшение качества тока за счет повышения быстродействия процессов компенсации реактивной мощности в условиях переменных нагрузок и отказов отдельных элементов, уменьшения перегрузок реактивных элементов и элементов коммутации и повышение надежности функционирования. Согласно изобретению число реактивных элементов М в каждой из N батарей реактивных элементов увеличивают до значения M+K, где К - число резервных реактивных элементов, которое выбирается из условия обеспечения непрерывности технологического процесса потребителей энергии. Подключение каждого из реактивных элементов в каждой из N батарей реактивных элементов производят индивидуально в моменты равенства напряжения на соответствующих реактивных элементах при произвольном его значении и напряжения сети с учетом результатов постоянной выполняемой диагностики исправности каждого из реактивных элементов. При этом подключение каждой из N батарей реактивных элементов к сети осуществляют после момента завершения коммутации реактивных элементов в соответствующей из N батарей реактивных элементов. После этого формируется управляющая команда для уточнения настроек адаптивного компенсатора гармоник. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для уменьшения и сглаживания импульсного изменения тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока, для предотвращения долговременной подачи избыточного напряжения в цепь нагрузки и для общего энергосбережения активной и реактивной энергии. Сущность изобретения: сетевой фильтр содержит включенные в разрывы каждого из линейных проводов катушку индуктивности с сердечником и токовую фильтрующую индуктивность с сердечником, снабженную не менее чем одной дополнительной обмоткой, включенные между линейными проводами конденсатор и не менее чем две фильтрокорректирующие цепи, вход каждой из которых подключен к выходу одной из дополнительных обмоток; включенные последовательно в линейный провод основную катушку фильтрации и создания противотока и не менее одной, например две, противотоковые индуктивности с сердечниками и управляющими обмотками, измерительное устройство, имеющее измерительную цепь, не менее одного, например два, электронных ключа, включенных между одним из линейных проводов и первыми выводами управляющих обмоток, вторые выводы которых подключены на один из линейных проводов, не менее одного, например два, электронных коммутатора, включенных параллельно противотоковым индуктивностям, при этом выходы измерительного устройства соединены с электронными ключами и коммутаторами, измерительная цепь подключена к выходу фильтра, а основная катушка создания противотока установлена не менее чем на один из сердечников катушки индуктивности. Устройство обеспечивает технический результат - позволяет существенно экономить потребляемую нагрузкой электроэнергию. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх