So reduzieren Sie die nicht-sinusförmige Spannung

Bei einer Reihe von Stromverbrauchern besteht eine nichtlineare Abhängigkeit des Stromverbrauchs von der angelegten Spannung, wodurch sie einen nicht sinusförmigen Strom aus dem Netz verbrauchen... Dieser Strom, der vom System durch die Elemente des Netzes fließt, verursacht einen Nichtstrom -sinusförmiger Spannungsabfall in ihnen, der die angelegte Spannung „überlagert“ und verzerrt. Sinusförmige Spannungsverzerrungen treten an allen Knoten von der Stromversorgung bis zum nichtlinearen elektrischen Empfänger auf.

Die Quellen harmonischer Verzerrungen sind:

• Lichtbogenöfen für die Stahlproduktion,

• Ventilwandler,

• Transformatoren mit nichtlinearer Volt-Ampere-Kennlinie,

• Frequenzumrichter,

• Induktionsöfen,

• rotierende elektrische Maschinen,

• angetrieben durch Ventilwandler,

• Fernsehempfänger,

• Leuchtstofflampen,

• Quecksilberlampen.

Die letzten drei Gruppen zeichnen sich durch eine geringe harmonische Verzerrung einzelner Empfänger aus, eine große Anzahl von ihnen verursacht jedoch auch in Hochspannungsnetzen einen erheblichen Grad an Harmonischen.

Siehe auch: Quellen von Oberschwingungen in elektrischen Netzen Und Gründe für das Auftreten höherer Harmonischer in modernen Energiesystemen

Möglichkeiten zur Reduzierung der nicht-sinusförmigen Spannung lassen sich in drei Gruppen einteilen:

a) Kettenlösungen: Verteilung nichtlinearer Lasten auf ein separates Bussystem, Verteilung der Lasten in verschiedenen Einheiten des SES mit Parallelschaltung von Elektromotoren, Gruppierung von Umrichtern nach dem Phasenvervielfachungsschema, Anschluss der Last auf ein System mit höherer Leistung,

b) Verwendung von Filtergeräten, parallele Einbeziehung der Last von Schmalbandresonanzfiltern, Einbeziehung von Filterkompensationsgeräten (FCD);

c) Einsatz spezieller Geräte, die sich durch eine geringere Erzeugung höherer Harmonischer auszeichnen, Einsatz „ungesättigter“ Transformatoren, Einsatz von Mehrphasenwandlern mit verbesserten Energieeigenschaften.

Entwicklung elementare Grundlage der Leistungselektronik und neue Methoden der Hochfrequenzmodulation führten in den 1970er Jahren zur Entstehung einer neuen Geräteklasse, Verbesserung der Stromqualität – aktive Filter (AF)... Sofort entstand die Einteilung aktiver Filter in Reihen- und Parallel- sowie Strom- und Spannungsquellen, die zu vier Hauptstromkreisen führte.

Jede der vier Strukturen (Abb. 1.6) bestimmt die Filterschaltung bei der Betriebsfrequenz: die Schalter im Wandler und die Art der Schalter selbst (Zwei-Wege- oder Einweg-Schalter). Als Energiespeicher in einem Konverter, der als Stromquelle dient (Abb. 1.a, d), wird es verwendet Induktivitätund im Wandler, der als Spannungsquelle dient (Abb. 1.b, c), wird Kapazität verwendet.

Abbildung 1.Die wichtigsten Arten aktiver Filter: a – parallele Stromquelle; b – parallele Spannungsquelle; c – Reihenspannungsquelle; d – Serienstromquelle

Es ist bekannt, dass der Widerstand des Filters Z bei der Frequenz w gleich ist

Wenn ХL = ХC oder wL = (1 / wC) bei der Frequenz w, Spannungsresonanz, was bedeutet, dass der Widerstand des Filters für die Oberschwingungs- und Spannungskomponente mit der Frequenz w gleich Null ist. In diesem Fall werden die Oberschwingungskomponenten mit der Frequenz w vom Filter absorbiert und dringen nicht in das Netz ein. Das Prinzip der Konstruktion resonanter Filter basiert auf diesem Phänomen.

In Netzen mit nichtlinearen Lasten entstehen in der Regel Harmonische der kanonischen Reihe, deren Ordnungszahl ν 3, 5, 7, ist. … ..

Abbildung 2. Ersatzschaltbild eines Leistungsresonanzfilters

Unter Berücksichtigung von XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), wobei XL und Xc die Widerstände der Drossel und der Kondensatorbank bei der Grundfrequenz sind, erhalten wir:

Ein Filter, der zusätzlich zur Filterung von Oberwellen erzeugt Blindleistung, und den Leistungsverlust und die Spannung im Netzwerk kompensiert, wird als Kompensationsfilter (PKU) bezeichnet.

Wenn ein Gerät neben der Filterung höherer Harmonischer auch die Funktionen des Spannungsausgleichs übernimmt, dann nennt man ein solches Gerät Filterausgleich (FSU)... Strukturell sind FSUs ein asymmetrischer Filter, der an die Netzspannung des Netzwerks angeschlossen ist. Die Wahl der Netzspannung, an die die FSU-Filterkreise angeschlossen werden, sowie die Leistungsverhältnisse der in den Filterphasen enthaltenen Kondensatoren werden durch die Spannungsausgleichsbedingungen bestimmt.

Daraus folgt, dass Geräte wie PKU und FSU gleichzeitig auf mehrere wirken Indikatoren für die Stromqualität (nicht sinusförmig, Asymmetrie, Spannungsabweichung). Solche Geräte zur Verbesserung der Qualität elektrischer Energie werden als multifunktionale Optimierungsgeräte (MOU) bezeichnet.

Die Zweckmäßigkeit bei der Entwicklung solcher Geräte ergab sich aus der Tatsache, dass sich die Belastungen dieser Art plötzlich ändern Lichtbogenöfen aus Stahl verursachen gleichzeitige Spannungsverzerrungen für mehrere Indikatoren. Der Einsatz von MOU bietet die Möglichkeit, das Problem der Sicherung der Stromqualität umfassend zu lösen, d.h. gleichzeitig für mehrere Indikatoren.

Die Kategorie solcher Geräte umfasst statische Hochgeschwindigkeits-Blindleistungsquellen (IRM).

Nach dem Regelprinzip der Blindleistung kann IRM in zwei Gruppen eingeteilt werden: schnelle statische Blindleistungsquellen mit direkter Kompensation, schnelle statische Blindleistungsquellen mit indirekter Kompensation... Die Strukturen von IRM sind in Abbildung 3 dargestellt , a, b bzw. . Solche Geräte, die über eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit verfügen, können Spannungsschwankungen reduzieren. Die schrittweise Anpassung und das Vorhandensein von Filtern sorgen für den Ausgleich und die Reduzierung höherer harmonischer Pegel.

In Abb. In 3 ist eine direkte Kompensationsschaltung dargestellt, bei der die „gesteuerte“ Blindleistungsquelle geschaltet wird Thyristoren Kondensatorbank. Die Batterie besteht aus mehreren Abschnitten und ermöglicht eine diskrete Variation der erzeugten Blindleistung. In Abb. In 3b wird die IRM-Leistung durch Anpassen des Reaktors variiert. Bei dieser Regelungsmethode verbraucht der Reaktor überschüssige Blindleistung, die von den Filtern erzeugt wird.Daher wird die Methode indirekte Kompensation genannt.

Abbildung 3. Blockdiagramme eines multifunktionalen IRM mit direkter (a) und indirekter (b) Kompensation

Die indirekte Kompensation hat zwei wesentliche Nachteile: Die Aufnahme der überschüssigen Leistung verursacht zusätzliche Verluste und die Änderung der Reaktorleistung über den Ventilsteuerwinkel führt zur zusätzlichen Erzeugung höherer Harmonischer.