Πώς να μειώσετε τη μη ημιτονοειδή τάση

Ορισμένοι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας έχουν μια μη γραμμική εξάρτηση της κατανάλωσης ρεύματος από την εφαρμοζόμενη τάση, λόγω της οποίας καταναλώνουν ένα μη ημιτονικό ρεύμα από το δίκτυο... Αυτό το ρεύμα που ρέει από το σύστημα μέσω των στοιχείων του δικτύου προκαλεί μη -ημιτονοειδής πτώση τάσης σε αυτά, που «υπερεπιβάλλει» την εφαρμοζόμενη τάση και παραμορφώνει. Η ημιτονοειδής παραμόρφωση τάσης εμφανίζεται σε όλους τους κόμβους από την παροχή ρεύματος έως τον μη γραμμικό ηλεκτρικό δέκτη.

Οι πηγές της αρμονικής παραμόρφωσης είναι:

• καμίνους τόξου για παραγωγή χάλυβα,

• μετατροπείς βαλβίδων,

• μετασχηματιστές με μη γραμμικά χαρακτηριστικά βολτ-αμπέρ,

• μετατροπείς συχνότητας,

• επαγωγικοί φούρνοι,

• περιστρεφόμενες ηλεκτρικές μηχανές,

• τροφοδοτείται από μετατροπείς βαλβίδων,

• δέκτες τηλεόρασης,

• λαμπτήρες φθορισμού,

• λαμπτήρες υδραργύρου.

Οι τρεις τελευταίες ομάδες χαρακτηρίζονται από χαμηλό επίπεδο αρμονικής παραμόρφωσης μεμονωμένων δεκτών, αλλά ένας μεγάλος αριθμός από αυτούς καθορίζει ένα σημαντικό επίπεδο αρμονικών ακόμη και σε δίκτυα υψηλής τάσης.

Δείτε επίσης: Πηγές αρμονικών σε ηλεκτρικά δίκτυα και Λόγοι για την εμφάνιση υψηλότερων αρμονικών στα σύγχρονα συστήματα ισχύος

Οι τρόποι μείωσης της μη ημιτονοειδής τάσης μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες:

α) λύσεις αλυσίδας: κατανομή μη γραμμικών φορτίων σε ξεχωριστό σύστημα διαύλου, κατανομή φορτίων σε διαφορετικές μονάδες του SES με σύνδεση ηλεκτρικών κινητήρων παράλληλα με αυτά, ομαδοποίηση μετατροπέων σύμφωνα με το σχήμα πολλαπλασιασμού φάσης, σύνδεση του φορτίο σε σύστημα υψηλότερης ισχύος,

β) χρήση συσκευών φιλτραρίσματος, συμπερίληψη παράλληλα με το φορτίο φίλτρων στενής ζώνης συντονισμού, συμπερίληψη συσκευών αντιστάθμισης φίλτρων (FCD).

γ) η χρήση ειδικού εξοπλισμού που χαρακτηρίζεται από μειωμένο επίπεδο παραγωγής υψηλότερων αρμονικών, χρήση «ακόρεστων» μετασχηματιστών, χρήση πολυφασικών μετατροπέων με βελτιωμένα ενεργειακά χαρακτηριστικά.

Ανάπτυξη στοιχειώδης βάση των ηλεκτρονικών ισχύος και νέες μέθοδοι διαμόρφωσης υψηλής συχνότητας οδήγησαν στη δημιουργία στη δεκαετία του 1970 μιας νέας κατηγορίας συσκευών, βελτίωση της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας – ενεργά φίλτρα (AF)... Αμέσως προέκυψε η ταξινόμηση των ενεργών φίλτρων σε σειρές και παράλληλες, καθώς και σε πηγές ρεύματος και τάσης, που οδήγησαν σε τέσσερα κύρια κυκλώματα.

Καθεμία από τις τέσσερις δομές (Εικ. 1. 6) καθορίζει το κύκλωμα φίλτρου στη συχνότητα λειτουργίας: τους διακόπτες στον μετατροπέα και τον τύπο των ίδιων των διακοπτών (διακόπτης διπλής κατεύθυνσης ή μονής κατεύθυνσης). Ως συσκευή αποθήκευσης ενέργειας σε μετατροπέα που χρησιμεύει ως πηγή ρεύματος (Εικ. 1.α, δ), χρησιμοποιείται επαγωγή, και στον μετατροπέα, που χρησιμεύει ως πηγή τάσης (Εικ. 1.β, γ), χρησιμοποιείται χωρητικότητα.

Φιγούρα 1.Οι κύριοι τύποι ενεργών φίλτρων: α — παράλληλη πηγή ρεύματος. β — παράλληλη πηγή τάσης. γ — πηγή τάσης σειράς. δ — τρέχουσα πηγή σειράς

Είναι γνωστό ότι η αντίσταση του φίλτρου Ζ στη συχνότητα w είναι ίση με

Όταν ΧL = ХC ή wL = (1 / wC) στη συχνότητα w, συντονισμός τάσης, που σημαίνει ότι η αντίσταση του φίλτρου για το αρμονικό στοιχείο και την τάση με συχνότητα w είναι ίση με μηδέν.Σε αυτή την περίπτωση, τα αρμονικά στοιχεία με συχνότητα w θα απορροφηθούν από το φίλτρο και δεν θα διεισδύσουν στο δίκτυο. Η αρχή του σχεδιασμού των φίλτρων συντονισμού βασίζεται σε αυτό το φαινόμενο.

Σε δίκτυα με μη γραμμικά φορτία, κατά κανόνα προκύπτουν αρμονικές της κανονικής σειράς, ο αριθμός σειράς των οποίων είναι ν 3, 5, 7,. …..

Εικόνα 2. Ισοδύναμο κύκλωμα φίλτρου συντονισμού ισχύος

Λαμβάνοντας υπόψη ότι XLν = ΧL, ΧCv = (XC / ν), όπου XL και Xc είναι οι αντιστάσεις του αντιδραστήρα και της συστοιχίας πυκνωτών στη θεμελιώδη συχνότητα, λαμβάνουμε:

Ένα φίλτρο που εκτός από το φιλτράρισμα των αρμονικών θα δημιουργήσει δύναμη αντίδρασης, και αντισταθμίζει την απώλεια ισχύος και την τάση δικτύου, ονομάζεται φίλτρο αντιστάθμισης (PKU).

Εάν μια συσκευή, εκτός από το φιλτράρισμα υψηλότερων αρμονικών, εκτελεί τις λειτουργίες της εξισορρόπησης τάσης, τότε μια τέτοια συσκευή ονομάζεται εξισορρόπηση φίλτρου (FSU)... Δομικά, τα FSU είναι ένα ασύμμετρο φίλτρο συνδεδεμένο με την τάση γραμμής του δικτύου. Η επιλογή της τάσης γραμμής στην οποία συνδέονται τα κυκλώματα φίλτρου FSU, καθώς και οι λόγοι ισχύος των πυκνωτών που περιλαμβάνονται στις φάσεις του φίλτρου, καθορίζονται από τις συνθήκες εξισορρόπησης τάσης.

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι συσκευές όπως το PKU και το FSU δρουν ταυτόχρονα σε πολλά δείκτες ποιότητας ισχύος (μη ημιτονοειδής, ασυμμετρία, απόκλιση τάσης). Τέτοιες συσκευές για τη βελτίωση της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας ονομάζονται πολυλειτουργικές συσκευές βελτιστοποίησης (MOU).

Η σκοπιμότητα στην ανάπτυξη τέτοιων συσκευών προέκυψε λόγω του γεγονότος ότι ξαφνικά μεταβλητά φορτία του τύπου φούρνοι από χάλυβα τόξου προκαλούν ταυτόχρονη παραμόρφωση τάσης για έναν αριθμό δεικτών. Η χρήση του μνημονίου συμφωνίας παρέχει την ευκαιρία να λυθεί συνολικά το πρόβλημα της διασφάλισης της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας, δηλ. ταυτόχρονα για πολλούς δείκτες.

Η κατηγορία τέτοιων συσκευών περιλαμβάνει πηγές στατικής αέργου ισχύος υψηλής ταχύτητας (IRM).

Σύμφωνα με την αρχή ρύθμισης της άεργου ισχύος, το IRM μπορεί να χωριστεί σε δύο ομάδες: πηγές στατικής αέργου ισχύος υψηλής ταχύτητας άμεσης αντιστάθμισης, πηγές στατικής άεργου ισχύος υψηλής ταχύτητας έμμεσης αντιστάθμισης... Οι δομές του IRM φαίνονται στο Σχήμα 3 , α, β, αντίστοιχα. Τέτοιες συσκευές, οι οποίες έχουν υψηλή ταχύτητα απόκρισης, μπορούν να μειώσουν τις διακυμάνσεις της τάσης. Η σταδιακή ρύθμιση και η παρουσία φίλτρων παρέχουν εξισορρόπηση και μείωση των υψηλότερων αρμονικών επιπέδων.

Στο σχ. 3, παρουσιάζεται ένα κύκλωμα άμεσης αντιστάθμισης όπου η "ελεγχόμενη" πηγή άεργου ισχύος διακόπτεται μέσω θυρίστορ τράπεζα πυκνωτών. Η μπαταρία έχει πολλά τμήματα και σας επιτρέπει να μεταβάλλετε διακριτά την άεργη ισχύ που παράγεται. Στο σχ. 3b, η ισχύς IRM μεταβάλλεται ρυθμίζοντας τον αντιδραστήρα. Με αυτή τη μέθοδο ελέγχου, ο αντιδραστήρας καταναλώνει περίσσεια άεργου ισχύος που παράγεται από τα φίλτρα.Επομένως, η μέθοδος ονομάζεται έμμεση αντιστάθμιση.

Εικόνα 3. Μπλοκ διαγράμματα πολυλειτουργικού IRM με άμεση (α) και έμμεση (β) αντιστάθμιση

Η έμμεση αντιστάθμιση έχει δύο βασικά μειονεκτήματα: η απορρόφηση της υπερβολικής ισχύος προκαλεί πρόσθετες απώλειες και η αλλαγή της ισχύος του αντιδραστήρα χρησιμοποιώντας τη γωνία ελέγχου της βαλβίδας οδηγεί σε πρόσθετη παραγωγή υψηλότερων αρμονικών.