Kako smanjiti nesinusni napon

Određeni broj potrošača električne energije ima nelinearnu ovisnost potrošnje struje o primijenjenom naponu, zbog čega iz mreže troše nesinusnu struju... Ta struja koja teče iz sustava kroz elemente mreže uzrokuje ne -sinusoidni pad napona u njima, koji "superiponira" dovedeni napon i izobličuje. Sinusno izobličenje napona događa se na svim čvorovima od napajanja do nelinearnog električnog prijamnika.

Izvori harmonijskog izobličenja su:

• lučne peći za proizvodnju čelika,

• pretvarači ventila,

• transformatori s nelinearnim volt-amperskim karakteristikama,

• frekvencijski pretvarači,

• indukcijske peći,

• rotirajući električni strojevi,

• pogonjen ventilskim pretvaračima,

• televizijski prijemnici,

• fluorescentne svjetiljke,

• živine svjetiljke.

Posljednje tri skupine karakterizira niska razina harmonijskih izobličenja pojedinih prijemnika, ali veliki broj njih određuje značajnu razinu harmonika čak iu visokonaponskim mrežama.

Vidi također: Izvori harmonika u električnim mrežama i Razlozi pojave viših harmonika u suvremenim elektroenergetskim sustavima

Načini smanjenja nesinusnog napona mogu se podijeliti u tri skupine:

a) lančana rješenja: raspodjela nelinearnih opterećenja na zasebnom sabirničkom sustavu, raspodjela opterećenja u različitim jedinicama SES-a uz paralelno spajanje elektromotora s njima, grupiranje pretvarača prema shemi množenja faza, povezivanje opterećenje na sustav veće snage,

b) korištenje uređaja za filtriranje, uključivanje u paralelno opterećenje uskopojasnih rezonantnih filtera, uključivanje uređaja za kompenzaciju filtera (FCD);

c) korištenje posebne opreme koju karakterizira smanjena razina generiranja viših harmonika, korištenje "nezasićenih" transformatora, korištenje višefaznih pretvarača s poboljšanim energetskim karakteristikama.

Razvoj elementarna osnova energetske elektronike i nove metode visokofrekventne modulacije dovele su do stvaranja nove klase uređaja 1970-ih, poboljšanje kvalitete električne energije – aktivni filtri (AF)... Odmah je nastala podjela aktivnih filtara na serijske i paralelne, te na strujne i naponske izvore, što je dovelo do četiri glavna strujna kruga.

Svaka od četiri strukture (sl. 1. 6) određuje sklop filtera na radnoj frekvenciji: sklopke u pretvaraču i tip samih sklopki (dvosmjerna ili jednosmjerna sklopka). Kao spremnik energije u pretvaraču koji služi kao izvor struje (sl. 1.a, d) koristi se induktivnost, au pretvaraču, koji služi kao izvor napona (sl. 1.b, c), koristi se kapacitet.

Slika 1.Glavne vrste aktivnih filtara: a — paralelni izvor struje; b — paralelni izvor napona; c — serijski izvor napona; d — serijski izvor struje

Poznato je da je otpor filtra Z na frekvenciji w jednak

Kada je HL = HC ili wL = (1 / wC) na frekvenciji w, naponska rezonancija, što znači da je otpor filtra za harmonijsku i naponsku komponentu frekvencije w jednak nuli.U tom će slučaju harmoničke komponente frekvencije w biti apsorbirane od strane filtra i neće prodrijeti u mrežu. Na ovoj pojavi temelji se princip projektiranja rezonantnih filtara.

U mrežama s nelinearnim opterećenjima, u pravilu, nastaju harmonici kanonskog niza, čiji je redni broj ν 3, 5, 7,. … ..

Slika 2. Ekvivalentni krug rezonantnog filtra snage

Uzimajući u obzir da je XLν = HL, HCv = (XC / ν), gdje su XL i Xc otpori reaktora i kondenzatorske baterije na osnovnoj frekvenciji, dobivamo:

Filtar koji će osim filtriranja harmonika generirati reaktivna snaga, i kompenzira gubitak mrežne snage i napona, naziva se kompenzacijski filtar (PKU).

Ako uređaj, osim filtriranja viših harmonika, obavlja i funkciju uravnoteženja napona, onda se takav uređaj naziva filtersko uravnoteženje (FSU)... Strukturno, FSU su asimetrični filtar spojen na linijski napon mreže. Odabir mrežnog napona na koji su spojeni krugovi filtera FSU, kao i omjeri snage kondenzatora uključenih u faze filtera, određeni su uvjetima uravnoteženja napona.

Iz navedenog proizlazi da uređaji kao što su PKU i FSU istovremeno djeluju na nekoliko pokazatelji kvalitete električne energije (nesinusoidalni, asimetrija, odstupanje napona). Takvi uređaji za poboljšanje kvalitete električne energije nazivaju se višenamjenski optimizirajući uređaji (MOU).

Svrhovitost u razvoju takvih uređaja nastala je zbog činjenice da su iznenada promjenjiva opterećenja tipa elektrolučne peći za čelik uzrokuju istovremeno izobličenje napona za više indikatora. Korištenje MOU pruža priliku za sveobuhvatno rješavanje problema osiguranja kvalitete električne energije, tj. istovremeno za nekoliko pokazatelja.

U kategoriju takvih uređaja spadaju brzi statički reaktivni izvori jalove energije (IRM).

Prema principu regulacije jalove snage, IRM se može podijeliti u dvije skupine: brzi statički izvori jalove energije izravne kompenzacije, brzi statički izvori jalove energije neizravne kompenzacije... Strukture IRM prikazane su na slici 3. , a, b, redom . Takvi uređaji, koji imaju veliku brzinu odziva, mogu smanjiti fluktuacije napona. Postupno podešavanje i prisutnost filtara osiguravaju balansiranje i smanjenje viših harmonijskih razina.

Na sl. Na slici 3 prikazan je izravni kompenzacijski krug gdje se "kontrolirani" izvor jalove snage prebacuje pomoću tiristori baterija kondenzatora. Baterija ima nekoliko odjeljaka i omogućuje vam diskretno mijenjanje generirane jalove snage. Na sl. 3b, IRM snaga se mijenja podešavanjem reaktora. Ovom metodom upravljanja reaktor troši višak jalove snage koju stvaraju filtri.Stoga se metoda naziva neizravna kompenzacija.

Slika 3. Blok dijagrami višenamjenskog IRM-a s izravnom (a) i neizravnom (b) kompenzacijom

Neizravna kompenzacija ima dva glavna nedostatka: apsorbiranje viška snage uzrokuje dodatne gubitke, a promjena snage reaktora pomoću kuta upravljanja ventilom dovodi do dodatne generacije viših harmonika.