Како смањити несинусни напон

Један број потрошача електричне енергије има нелинеарну зависност потрошње струје од примењеног напона, због чега троше несинусоидну струју из мреже... Ова струја која тече из система кроз елементе мреже изазива несинусоидну струју из мреже. -синусоидни пад напона у њима, који „прекрива“ примењени напон и изобличава. Синусоидно изобличење напона се јавља на свим чворовима од напајања до нелинеарног електричног пријемника.

Извори хармонијске дисторзије су:

• лучне пећи за производњу челика,

• претварачи вентила,

• трансформатори са нелинеарним волт-ампер карактеристикама,

• фреквентни претварачи,

• индукционе пећи,

• ротирајуће електричне машине,

• напајају претварачи вентила,

• телевизијски пријемници,

• флуоресцентне лампе,

• живине лампе.

Последње три групе карактерише низак ниво хармонијске дисторзије појединачних пријемника, али велики број њих одређује значајан ниво хармоника чак и у високонапонским мрежама.

Такође видети: Извори хармоника у електричним мрежама и Разлози за појаву виших хармоника у савременим електроенергетским системима

Начини смањења несинусоидног напона могу се поделити у три групе:

а) ланчана решења: расподела нелинеарних оптерећења на посебном систему сабирнице, расподела оптерећења у различитим јединицама СЕС са паралелним повезивањем електромотора са њима, груписање претварача према шеми множења фаза, повезивање елек. оптерећење на систем веће снаге,

б) коришћење уређаја за филтрирање, укључивање паралелног оптерећења ускопојасних резонантних филтера, укључивање уређаја за компензацију филтера (ФЦД);

в) коришћење посебне опреме коју карактерише смањен ниво генерисања виших хармоника, коришћење „незасићених“ трансформатора, коришћење вишефазних претварача са побољшаним енергетским карактеристикама.

Развој елементарне основе енергетске електронике и нове методе високофреквентне модулације довеле су до стварања 1970-их година нове класе уређаја, побољшање квалитета електричне енергије – активни филтери (АФ)... Одмах је настала подела активних филтера на серијске и паралелне, као и на изворе струје и напона, што је довело до четири главна кола.

Свака од четири структуре (слика 1. 6) одређује коло филтера на радној фреквенцији: прекидачи у претварачу и сам тип прекидача (двосмерни или једносмерни прекидач). Као уређај за складиштење енергије у претварачу који служи као извор струје (сл. 1.а, д) користи се индуктивност, а у претварачу, који служи као извор напона (сл. 1.б, в), користи се капацитивност.

Слика 1.Главне врсте активних филтера: а — паралелни извор струје; б — паралелни извор напона; ц — серијски извор напона; д — серијски извор струје

Познато је да је отпор филтера З на фреквенцији в једнак

Када је ХЛ = ХЦ или вЛ = (1 / вЦ) на фреквенцији в, напонска резонанца, што значи да је отпор филтера за хармонијску и напонску компоненту фреквенције в једнак нули.У овом случају, хармоничке компоненте са фреквенцијом в ће бити апсорбоване филтером и неће продрети у мрежу. На овом феномену се заснива принцип пројектовања резонантних филтера.

У мрежама са нелинеарним оптерећењима, по правилу настају хармоници канонског низа, чији је редослед ν 3, 5, 7,. … ..

Слика 2. Еквивалентно коло резонантног филтера снаге

Узимајући у обзир да је КСЛν = ХЛ, ХЦв = (КСЦ / ν), где су КСЛ и Ксц отпори реактора и кондензатора на основној фреквенцији, добијамо:

Филтер који ће, поред филтрирања хармоника, генерисати реактивна снага, и компензује губитак снаге и напона мреже, назива се компензациони филтер (ПКУ).

Ако уређај, поред филтрирања виших хармоника, обавља и функције балансирања напона, онда се такав уређај назива балансирање филтера (ФСУ)... Структурно, ФСУ су асиметрични филтер повезан на линијски напон мреже. Избор линијског напона на који су повезана кола филтера ФСУ, као и односи снага кондензатора укључених у фазе филтера, одређују се условима балансирања напона.

Из наведеног следи да уређаји као што су ПКУ и ФСУ делују истовремено на неколико индикатори квалитета електричне енергије (несинусоидна, асиметрија, девијација напона). Такви уређаји за побољшање квалитета електричне енергије називају се мултифункционални оптимизациони уређаји (МОУ).

Експедитивност у развоју таквих уређаја настала је због чињенице да су изненада променљива оптерећења типа лучне челичне пећи изазивају истовремену дисторзију напона за већи број индикатора. Коришћење МОУ пружа могућност да се свеобухватно реши проблем обезбеђења квалитета електричне енергије, тј. истовремено за неколико индикатора.

Категорија таквих уређаја укључује брзе статичке реактивне изворе енергије (ИРМ).

Према принципу регулације реактивне снаге, ИРМ се може поделити у две групе: брзи статички извори реактивне снаге директне компензације, брзи статички извори реактивне снаге индиректне компензације... Структуре ИРМ су приказане на слици 3. , а, б, респективно. Такви уређаји, који имају велику брзину одзива, могу смањити флуктуације напона. Постепено подешавање и присуство филтера омогућавају балансирање и смањење виших нивоа хармоника.

На сл. 3, представљено је коло директне компензације где се "контролисани" извор реактивне енергије пребацује помоћу тиристори кондензатор банка. Батерија има неколико секција и омогућава вам да дискретно варирате произведену реактивну снагу. На сл. 3б, снага ИРМ се мења подешавањем реактора. Овим методом контроле, реактор троши вишак реактивне снаге коју генеришу филтери.Стога се метода назива индиректна компензација.

Слика 3. Блок дијаграми мултифункционалног ИРМ-а са директном (а) и индиректном (б) компензацијом

Индиректна компензација има два главна недостатка: апсорбовање вишка снаге изазива додатне губитке, а промена снаге реактора коришћењем угла регулације вентила доводи до додатног стварања виших хармоника.