Внедрение гармоник с 6-импульсным выпрямителем
Схема на рисунке 1 представляет собой упрощенную сеть, включающую шестиимпульсный выпрямитель мощностью 2000 кВА, вводящий спектр гармонического тока и следующее оборудование, которое будет рассматриваться последовательно в трех разных расчетах:
Рисунок 1 - Пример анализа упрощенной сети - Установка с нарушением оборудования, конденсаторов и фильтров
- Один конденсаторный конденсатор емкостью 1000 кв.
- Конденсаторное оборудование с антигармоническим соединением мощностью 1000 квар
-
Набор из двух фильтров
(включающий резонансный шунт, настроенный на 5-ю гармонику и демпфированный фильтр 2-го порядка, настроенный на 7-ю гармонику)
Обратите внимание, что:
- Компенсационная мощность в 1000 квар. Требуется для приведения коэффициента мощности в обычное значение;
- Гармонические напряжения, уже присутствующие в распределительной сети 20 кВ, для простоты пренебрегали.
Этот пример будет использован для сравнения производительности трех решений. Однако результаты, очевидно, не могут быть применены непосредственно к другим случаям.
1. Банк конденсаторов
Кривая сетевого гармонического импеданса (см. Рис.2), наблюдаемая от узла, в который вводятся гармонические токи, демонстрирует максимальную (антирезонансную) величину вблизи 7-й гармоники тока.
Это приводит к неприемлемому индивидуальному искажению гармонического напряжения 11% для 7-й гармоники (см. Рис.3).
Рисунок 2 - Гармонический импеданс, наблюдаемый от узла, где гармонические токи вводятся в сеть, оборудованную только конденсаторной батареей
Рисунок 3 - Гармонический спектр напряжения сети 5.5 кВ, оборудованный только конденсаторной батареей
Также неприемлемы следующие характеристики:
- Полное искажение гармонического напряжения 12, 8% для сети 5.5 кВ по сравнению с максимально допустимым значением 5% (без учета требований специального оборудования);
- Суммарная емкость конденсатора в 1, 34 раза превышает среднеквадратичный номинальный ток, превышая допустимый максимум 1, 3 (см. Рисунок 4).
Рисунок 4 - Спектр гармонических токов, протекающих в конденсаторах для сети, оборудованной только конденсаторной батареей
Поэтому решение с конденсаторами неприемлемо.
Вернуться к содержанию ↑
2. Конденсаторный блок, подключенный к реактору
Это оборудование произвольно настроено на 4.8 f 1.
Гармонический импеданс
Кривая сетевого гармонического импеданса, наблюдаемая с узла, в который вводятся гармонические токи, демонстрирует максимум 16 Ом (антирезонансный) в окрестности гармонического порядка 4, 25. Низкий импеданс индуктивного характера 5-й гармоники благоприятствует фильтрации величин 5-й гармоники.
Рисунок 5 - Гармонический импеданс, наблюдаемый от узла, где гармонические токи впрыскиваются в сеть, снабженную реакторными конденсаторами
Нарушение напряжения
Для сети с напряжением 5, 5 кВ для некоторых чувствительных нагрузок могут быть слишком высокими индивидуальные гармонические отношения напряжения 1, 58% (7-я гармоника), 1, 5% (11-я гармоника) и 1, 4% (13-я гармоника). Однако во многих случаях допустимо полное искажение гармонического напряжения 2, 63%.
Для сети 20 кВ общее гармоническое искажение составляет всего 0, 35%, приемлемое значение для утилиты распределения.
Рисунок 6 - Гармонический спектр напряжения сети 5, 5 кВ, оборудованный конденсаторами, подключенными к реактору
Токовая нагрузка конденсатора
Суммарная среднеквадратическая нагрузка конденсаторов, включая гармонические токи, составляет 1, 06 от номинального тока, т. Е. Меньше, чем максимум 1, 3. Это основное преимущество конденсаторов, подключенных к реактору, по сравнению с первым решением (только конденсаторы).
Рисунок 7 - Спектр гармонических токов, протекающих в конденсаторах для сети, оборудованной конденсаторами, подключенными к реактору
Вернуться к содержанию ↑
3. Резонансный шунтирующий фильтр, настроенный на 5-ю гармонику и затухающий фильтр, настроенный на 7-ю гармонику
В этом примере распределение реактивной мощности между двумя фильтрами таково, что фильтрованные 5 и 7 гармоники напряжения имеют примерно одинаковое значение. На самом деле это не требуется.
Гармонический импеданс
Кривая сетевого гармонического импеданса, наблюдаемая от узла, в который вводятся гармонические токи, демонстрирует максимум около 9, 5 Ом (антирезонанс) вблизи гармоники 4.7.
- Для 5-й гармоники этот импеданс уменьшается до сопротивления реактора, что благоприятствует фильтрации величин 5-й гармоники.
- Для 7-й гармоники низкий, чисто резистивный импеданс затухающего фильтра также уменьшает индивидуальное гармоническое напряжение.
- Для гармоник выше, чем частота настройки, кривая импеданса затухающего фильтра уменьшает соответствующие гармонические напряжения.
Поэтому это оборудование обеспечивает улучшение по сравнению со вторым решением (конденсаторы, подключенные к реактору).
Рисунок 8 - Гармонический импеданс, наблюдаемый от узла, где гармонические токи впрыскиваются в сеть, оснащенную резонансным шунтирующим фильтром, настроенным на 5-ю гармонику и затухающим фильтром, настроенным на 7-ю гармонику
Нарушение напряжения (см. Рис. 34)
Для сети с напряжением 5, 5 кВ для большинства чувствительных нагрузок приемлемы отношения индивидуальных гармонических напряжений 0, 96%, 0, 91%, 1, 05% и 1% для 5-й, 7-й, 11-й и 13-й гармоник. Полное искажение гармонического напряжения
составляет 1, 96%.
Для сети 20 кВ общее гармоническое искажение (THD) составляет всего 0, 26%, что является приемлемым значением для утилиты распределения.
Рисунок 9 - Гармонический спектр напряжения сети 5, 5 кВ, оборудованный резонансным шунтирующим фильтром, настроенным на 5-ю гармонику и затухающим фильтром, настроенным на 7-ю гармонику
Токовая нагрузка конденсатора
Следует учитывать, что номинальная мощность конденсатора должна быть адекватно выбрана с учетом перенапряжения на основной частоте, гармонических напряжений и токов. Этот пример демонстрирует первоначальный подход к проблеме.
Однако на практике помимо вычислений относительно элементов схемы (L, r, C и R) необходимы другие вычисления, прежде чем приступать к реализации любого решения:
- Спектры токов, протекающих в реакторах, подключенных к конденсаторам;
- Полное искажение напряжения на клеммах конденсатора;
- Допустимые допуски на производство реактора и средства для его корректировки;
- Спектры токов, протекающих в резисторах затухающих фильтров и их общее среднеквадратичное значение;
- Временные изменения напряжения и энергии, влияющие на фильтрующие элементы при включении.
Эти более сложные расчеты, требующие глубокого понимания как сети, так и оборудования, используются для определения всей электротехнической информации, необходимой для спецификаций изготовления фильтра.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылки // Гармонические возмущения в сетях и их обработка К. Коллобета, Дж. М. Люпина и Дж. Шонека (Schneider Electric)