Краткий анализ гармонических вопросов и варианта подавления гармоник

Опубликовано: 18 июня 2014 г. в 16:34, 223 просмотраКомментировать

Гармоники представляют собой составляющие формы периодической волны искажения, их частоты являются кратными целыми частоты первой гармоники.

Широкое применение нелинейных нагрузок является основным источником гармоник; вред гармоник, главным образом, состоит в следующем: образование гармонических потерь, которые снижают эффективность генераторного оборудования, преобразовательных устройств и электрического оборудования, ускоряет старение изоляции электрооборудования, тем самым сокращая его нормативный срок службы. Это, в свою очередь, влияет на точность действия автоматических устройств релейной защиты, создает электромагнитные и радиочастотные помехи линии связи и сигнала управления. В настоящее время активный электронный фильтр (Active Power Filter) является самым передовым и эффективным оборудованием по борьбе с гармониками. Разница между ним и пассивным электронным фильтром состоит в том, что подавление гармоник является активным. Подавление же гармоник пассивного электронного фильтра является пассивным — на основе образования резонансного контура из элементов L, C, R на стороне переменного тока электронных устройств и электросиловых установок, когда гармоническая частота цепи обратного тока LC одинакова с одной из частот тока высших гармоник, тогда происходит ограничение выхода гармоник в сеть. В настоящее время применение такого фильтра является основным способом для подавления гармоник и компенсации реактивной мощности, благодаря низкому уровню инвестиций, высокой эффективности, простой структуре, надежности в эксплуатации и простоте обслуживания. Однако, пассивный фильтр имеет много недостатков, таких как: параметры системы могут влиять на фильтрацию; имеется возможность увеличения некоторых субгармоник; низкая энергоэффективность, большой размер и т.д. С помощью контролируемых мощных полупроводниковых приборов активный электронный фильтр выдает в сеть ток с равным амплитудным значением и противофазой с первоначальным гармоническим током для достижения нулевого значения всего гармонического тока электропитания и для реализации целей компенсации гармонического тока в режиме реального времени. Основная разница с пассивным фильтром заключается в том, что он является активным устройством, выдающим компенсационный гармонический ток в систему распределения электроэнергии для компенсации гармонического тока, образованного нелинейными нагрузками, при этом может осуществить быструю динамическую фильтрацию изменной гармоники, и в то же время особенностью компенсации является защита от воздействия импеданса системы. Функционально он состоит из статического преобразователя мощности, имеет высокую управляемость и способность быстрого реагирования мощных полупроводниковых приборов.

Таким образом, технология APF является передовой без всяких сомнений, но сегодня есть проблемы низших гармоник и есть проблемы высших гармоник в электросетях потребителей. Для этих двух ситуаций решения должны быть различными.

Способ решения проблем низших гармоник

Общий тип низших гармоник состоит в основном из гармоник 3, 5, 7, 11 и 13, форма первой гармоники после наложения этих гармоник показана на рисунке 1. Способ решения таких вопросов загрязнения электросети отображается в установке устройства APF, принцип решения которого показан на рисунке 2.

Способ решения проблем высших гармоник

Диапазон определения высших гармоник не очень ясен, некоторые ученые считают, что выше 13 гармоники — это высшие гармоники, и некоторые ученые считают, что выше 50 гармоники — высшие гармоники.
Гармоники в пределах 50-ой компенсируются с помощью устройства APF, способ решения одинаков (см. описание в предыдущем разделе); свыше 50-ой гармоники — это тяжелое испытание для электронного переключателя в электроэнергетической системе главной цепи устройства APF.

Чем выше номер компенсационных гармоник, тем выше требование к частоте переключений мощных приборов, по мере увеличения частоты переключений, растет степень тяжести испытания на отключающую способность, а вопросы потерь и рассеивания тепла переключателей еще серьзнее. Поэтому все существующие устройства APF могут только эффективно отфильтровывать гармоники в пределах 50-ой. Свыше 50-ой высокочастотные гармоники дополнительно необходимо компенсировать при помощи традиционного способа пассивной фильтрации.

Пример применения

Пример I. Применение в химической промышленности.

На некотором химическом заводе используются преобразователи частоты в нескольких местах под нагрузкой, это приносит тяжелый гармонический вред системе, посредством содержания в ней гармонической составляющей амплитудой до 160 А, при этом трудно обеспечить высокий процент качественного продукта в производственном процессе оборудования. После применения устройства SntaAPF100-3L 380/200 качество электроэнергии значительно улучшилось.

Применяемый прибор для сбора и измерения данных — анализатор качества электроэнергии FLUKE435. Ниже приводится принципиальная схема на месте, точки измерения показаны на рисунке.

Точка C1 используется для измерения оставшегося гармонического тока в системе, то есть тока после фильтрации с помощью SntaAPF. Точка C2 используется для измерения общего гармонического тока образовавшего нагрузкой на стороне нагрузки, а именно тока без фильтрации с помощью SntaAPF.

Необходимо соединить гибкие электрические рамки FLUKE435 с точками C1 и C2 в системе для контроля эффекта фильтрации и контроля качества электроэнергии внутри системы.

Результаты измерения следующие: Гармонический ток составляет 166,78 A до ввода SnatAPF в эксплуатацию, коэффициент искажения составляет 14,6%.

Гармонический ток составляет 17 A после ввода SnatAPF в эксплуатацию, коэффициент искажения снизился до 4,6%, коэффициент фильтрации составил 91%.

Если рассчитывать по номеру основных гармоник: эффективное значение 5, 7, 11, 13, 17, 19 гармоник составит 166,0 A, оставшееся — 9,3 A после фильтрации, при этом коэффициент фильтрации составит 94%.

Пример II. Применение в общественных нуждах.

На некотором заводе большое содержание гармоник, образованных устройствами частотного регулирования насоса, привело к снижению качества электроэнергии. Появилась большая разница между фактическим значением и измеренным значением устройством ультразвукового контроля расхода воды. После применения SntaAPF100-3L 380/100 эффективно устранилось гармоническое загрязнение электросети, очистилась система, нормально эксплуатируются приборы ультразвукового контроля. (Первичная схема на рабочем месте и методы измерения одинаковы с Примером I и справочным Примером I приборов).

Результаты измерения в следующем: Гармонический ток составляет 54,2 A до ввода SnatAPF в эксплуатацию, коэффициент искажения составляет 51,3%.

Гармонический ток составляет 6,8 A после ввода SnatAPF в эксплуатацию, коэффициент искажения снижался до 4,6%, коэффициент фильтрации составляет 91%.

В том числе:

  • Ток 5 гармоники снижался до 3,2 A от 46,2 A, коэффициент фильтрации составляет 93%.
  • Ток 7 гармоники снижался до 1,59 A от 17,5 A, коэффициент фильтрации составляет 91%.

Сравнение формы волны до и после ввода в эксплуатацию Рисунок 5.

АОЗТ «Сыyэнда»
Пекинская электрическая
компания по энергосбережениям
beijingsnta@gmail.com
www.snta.com.cn/en/

Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», № 5-6 (53-54), 2013

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.