Анализ использования активных фильтров гармоник в электроэнергетических системах | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Несмотря на коронавирус, электронный вариант журнала выйдет 6 июня.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №15 (305) апрель 2020 г.

Дата публикации: 10.04.2020

Статья просмотрена: 74 раза

Библиографическое описание:

Руди, Д. Ю. Анализ использования активных фильтров гармоник в электроэнергетических системах / Д. Ю. Руди, С. В. Горелов, А. А. Руппель. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 15 (305). — С. 124-128. — URL: https://moluch.ru/archive/305/68648/ (дата обращения: 25.05.2020).



В статье представлен анализ использования активных фильтров гармоник в электроэнергетических системах.

Ключевые слова: активный фильтр, качество электроэнергии, высшие гармоники.

В начале 80-х гармоники в электрических сетях впервые были признаны как серьезная проблема во всем мире. При этом удельный вес нелинейной нагрузки рос лавинообразно. Как следствие, сегодня спектральный состав напряжения электросетей значительно обогатился [1].

Качество электрической энергии — это совокупность ее свойств, при которых электрооборудование, приборы и аппараты способны нормально функционировать, выполнять заложенные в них функции.

В процессе эксплуатации электрооборудования происходит его взаимодействие с окружающей средой.

Это взаимодействие является обоюдным: не только среда может воздействовать на электрические аппараты и оборудование, но и последние также могут воздействовать на среду. Взаимодействие среды с электрооборудованием определяется посредством электромагнитных помех. Таким образом, электроэнергетическая система — это такая электромагнитная среда, в которой электромагнитные помехи создаются и воздействуют на электрические приборы, являющиеся, в свою очередь, источниками электромагнитных помех. Поэтому качество электрической энергии в системе электроснабжения характеризуют по уровню электромагнитных помех, называемых показателями качества электроэнергии [2].

В связи с наблюдающимся в настоящее время широким внедрением во всех отраслях хозяйства автоматизированных электроприводов (АЭП), созданных на основе силовых полупроводниковых преобразователей постоянного и переменного тока, возрастает объем генерации ими в питающую сеть неактивных составляющих мощности. Это, в свою очередь, приводит к дополнительным потерям электроэнергии в распределительных электрических сетях (РЭС) [3].

Применение нелинейных нагрузок, таких как управляемые и неуправляемые выпрямители, циклоконверторы и др. приводит к искажению формы кривой напряжения сети. Это, в свою очередь, ведёт к различным негативным последствиям [4], таким как рост потерь в электрических машинах и аппаратах, увеличение интенсивности старения изоляции, нарушение электромагнитной совместимости.

Современные комплексы радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) работают в сложной электромагнитной обстановке, обусловленной в том числе необеспеченностью отдельных показателей качества электроэнергии. Это вызвано ростом удельных характеристик устройств, имеющих низкий коэффициент мощности и работающих по резко переменным графикам нагрузки. Особо осложняет электромагнитную обстановку работа электроприемников, генерирующих высшие гармонические составляющие (ВГС), с уровнем электромагнитной совместимости, выходящим за рамки диапазонов, определенных ГОСТ 32144–2013.

Перечисленное приводит к неконтролируемым изменениям величины и формы напряжения в точках присоединения потребителей. Ухудшение качества электроэнергии напрямую влияет на снижение срока службы РЭА, является наиболее вероятной причиной ее отказов и выхода из строя, приводит к увеличению потерь энергии во всех элементах системы электроснабжения и, соответственно, влечет увеличение расхода топливных ресурсов [5].

В последние годы в нашей стране доля однофазной нагрузки в электрических сетях неуклонно растет, что приводит к увеличению нагрузки на однофазные сети. Кроме того, в настоящее время большая часть однофазной нагрузки имеет нелинейный характер [6].

Разработка и внедрение технологий интеллектуальных электрических сетей в системах электроснабжения промышленных предприятий РФ позволят создавать интеллектуальные системы электроснабжения в любой отрасли промышленности.

При этом новые интеллектуальные системы электроснабжения должны быть приспособлены к особенностям технологических потребителей промышленных предприятий, и при возникновении нарушений установленного режима электроснабжения эффективно их выявлять и устранять. Основной причиной нарушений установленного режима электроснабжения промышленных предприятий являются электромагнитные помехи различной природы, вызывающие несоответствие уровня качества электрической энергии и нарушение электромагнитной совместимости электрооборудования.

Основной тенденцией в электрических сетях современных промышленных предприятий является интенсивное распространение нелинейной нагрузки в виде различного типа преобразователей частоты систем регулируемого электропривода технологического оборудования [7].

Использование силовой электроники и микроэлектронных устройств, несмотря на повышение производительности труда, вызывает проблемы качества электроэнергии. Мощные единичные нелинейные нагрузки, такие как выпрямители, инверторы, а также множество маломощных нелинейных потребителей могут потреблять значительное количество гармоник тока различного спектра. В результате падения напряжения на полных сопротивлениях электрической сети гармонические составляющие тока вызывают искажения напряжения в точках общего присоединения нагрузки, в которых нормируется предельный уровень гармоник по ГОСТ 32144–2013. Превышение этого уровня вызывает ряд проблем, связанных с потерями в трансформаторах, ложными срабатываниями релейной защиты. Высшие гармоники отрицательно влияют на работу другой электроники и электроприборов [8].

Результатом воздействия гармоник на систему электроснабжения и оборудование потребителей является:

– увеличение потерь во вращающихся машинах, трансформаторах, линиях электропередачи;

– ускоренное старение изоляции электрооборудования;

– ложные срабатывания и выход из строя устройств релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи;

– проблемы, связанные с реактивной мощностью и резонансными явлениями;

– снижение номинальных параметров оборудования;

– возрастание недоучета электроэнергии (погрешность счетчиков может достигать 50–60 % показаний) [1,9].

При этом следует учесть, что проблемы с качеством электроэнергии, возникающие на стороне потребителя, практически всегда обусловлены действиями самого потребителя на его собственном участке ответственности, и лишь в редких случаях они привносятся из сети электроснабжения. Все эти последствия являются нежелательными, а чаще всего недопустимыми как для предприятий электроснабжения, так и для потребителей. Таким образом, задача повышения качества электроэнергии на сегодняшний день является актуальной.

Решения для ослабления воздействия гармоник можно разделить на три группы: адаптация электроустановок, применение специальных устройств для обеспечения питания; использование фильтров. В настоящее время появилась возможность использовать новейшие и наиболее перспективные устройства коррекции — активные фильтры электроэнергии (АФЭ), дающие возможность эффективно улучшать качество электрической энергии в распределительных сетях.

Принцип действия активного фильтра гармоник основан на непрерывном анализе гармонического состава нелинейной нагрузки и генерировании в распределительную сеть таких же гармоник, но с противоположной фазой. В результате высшие гармонические составляющие нейтрализуются в точке подключения фильтра, не распространяются от нелинейной нагрузки в сеть.

АФГ могут решить одновременно четыре задачи:

– симметрирование напряжений (опосредованно через симметрирование токов) сети;

– связанное с этим снижение практически до 0 тока нейтрали;

– подавление токовых гармоник;

– компенсация реактивной мощности (повышение cosφ).

В работах [1,10,11] представлены различные типы активных фильтров.

Рис. 1. Схема последовательного активного фильтра

Рис. 2. Блок-схема активного фильтра параллельного типа

Рис. 3. Подключение активного фильтра к электрической сети

Рис. 4. Схема параллельного активного фильтра

В условиях происходящего во всём мире удорожания электроэнергии стремительно развиваются средства её сбережения. Одним из таких наиболее эффективных средств является активный фильтр. Активные фильтры обеспечивают эффективное снижение уровня гармоник в сети, а также компенсацию реактивной мощности, существенно уменьшая расходы на электроэнергию.

Литература:

  1. Чередников А. В. Аспекты использования активных фильтров в схемах электроснабжения / А. В. Чередников //В сборнике: Молодежь и научно-технический прогресс Сборник докладов VII международной научно-практическая конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 3-х томах. 2014. С. 109–112.
  2. Горюнов В. Н. Активный фильтр как техническое средство обеспечения качества электроэнергии / В. Н. Горюнов, А. Г. Лютаревич, И. Н. Четверик // Омский научный вестник. 2008. № 1 (64). С. 78–80.
  3. Волков, А. В. Совершенствование энергосберегающей системы электропитания для автоматизированных электроприводов на основе активного фильтра / А. В. Волков, В. П. Метельский, В. А. Волков // Электротехнические и компьютерные системы. 2011. № 3 (79). С. 388–391.
  4. Поднебенная, С. К. Силовой параллельный активный фильтр с повышенной эффективностью / С. К. Поднебенная, В. В. Бурлака, С. В. Гулаков // Электротехника. 2013. № 6. С. 15–20.
  5. Замула К. В. Активный фильтр гармоник как средство повышения качества электрической энергии / К. В. Замула, Ю. В. Соколов, А. В. Карманов // Энергия единой сети. 2018. № 2 (37). С. 22–32.
  6. Ильясов, Д. М. Увеличение качества электрической энергии посредством параллельного активного фильтра электроэнергии / Д. М. Ильясов // Символ науки. 2019. № 1. С. 12–16.
  7. Абрамович, Б. Н. Повышение качества электрической энергии с помощью параллельного активного фильтра в системах электроснабжения промышленных предприятий / Б. Н. Абрамович, Ю. А. Сычев // Электричество. 2012. № 3. С. 7–11.
  8. Колесников, Г. Ю. Возможность применения активных фильтров гармоник в распределительных сетях 0,4 кВ / Г. Ю. Колесников, Н. Н. Щикунов // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2019. № 4 (73). С. 7–13.
  9. Рогозина Д. А. Исследования режимов работы активного фильтра гармоник / Д. А. Рогозина, Е. А. Пугачева, С. П. Сикорский // В сборнике: УЧЕНЫЕ ОМСКА — РЕГИОНУ Материалы III Региональной научно-технической конференции. Под общей редакцией Л. О. Штриплинга. 2018. С. 42–52.
  10. Апарин, В. А. Моделирование последовательного бестрансформаторного активного фильтра в различных режимах работы / В. А. Апарин, А. А. Шевцов // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2013. № 1 (23). С. 91–96.
  11. Савельев, Н. В. Моделирование работы активного фильтра гармоник в электрической сети под нагрузкой с нелинейной вольт-амперной характеристикой / Н. В. Савельев, В. В. Рожков // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. 2016. № 3. С. 41–49.
Основные термины (генерируются автоматически): активный фильтр, электрическая энергия, сеть, система электроснабжения, реактивная мощность, нелинейная нагрузка, однофазная нагрузка, релейная защита, электрическая сеть, электромагнитная совместимость.


Похожие статьи

Негативное воздействие токов высших гармоник на элементы...

Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

Схема данного устройства представлена на рисунке 1. Рис. 1. Однофазная схема замещения АФГ.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ

В узлах сети предприятия с нелинейными нагрузками допускается применение в качестве источника реактивной мощности конденсаторных

Ввод источника реактивной мощности приводит к снижению потерь в период максимума нагрузки в среднем на 0,81 кВт/кВАр.

Исследование влияния компактных люминесцентных ламп на...

Основные термины (генерируются автоматически): электрическая сеть, потеря мощности

гармоника, нелинейная нагрузка, гармоника тока, емкость, упрощенная схема замещения фильтра, Амплитудное значение тока, электрическая энергия, реактивная мощность...

Управление мощностью в системах электроснабжения

Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность. Важнейшей задачей в электрических сетях является уменьшение потерь электроэнергии. Одним из способов энергосбережения является...

Технология повышения энергоэффективности электрических сетей

В статье рассматривается вопрос применения технологий повышения энергоэффективности электрических сетей, применяя постоянный ток. Ключевые слова: электрическая сеть, постоянный ток, энергосбережение, энергоэффективность, фаза и нагрузка сетей.

Активные и пассивные электрические фильтры

Эффективность работы активного фильтра гармоник. Ключевые слова: качество электрической энергии, система электроснабжения, частотный преобразователь, активный фильтр гармоник. Одной из важнейших проблем распределительных сетей является...

Применение пассивных фильтров для компенсации высших...

Моделирование работы такой электрической сети было выполнено в программном

реактивная мощность, релейный регулятор тока, MATLAB, параллельный компенсатор

электрическая энергия, частотный преобразователь, система электроснабжения, учет...

Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях...

Потери мощности в электрической сети. Удельный вес высших гармоник в суммарных

Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

Компенсация реактивной мощности в районных сетях

реактивная мощность, реактивная энергия, электрическая энергия, учет температуры, коэффициент мощности, устройство

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ. где -мощность короткого замыкания; -суммарная мощность нелинейной нагрузок.

Влияние работы бытовых электроприборов на качество...

Управление мощностью в системах электроснабжения. Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность. Важнейшей задачей в электрических сетях является уменьшение потерь электроэнергии.

Похожие статьи

Негативное воздействие токов высших гармоник на элементы...

Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

Схема данного устройства представлена на рисунке 1. Рис. 1. Однофазная схема замещения АФГ.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ

В узлах сети предприятия с нелинейными нагрузками допускается применение в качестве источника реактивной мощности конденсаторных

Ввод источника реактивной мощности приводит к снижению потерь в период максимума нагрузки в среднем на 0,81 кВт/кВАр.

Исследование влияния компактных люминесцентных ламп на...

Основные термины (генерируются автоматически): электрическая сеть, потеря мощности

гармоника, нелинейная нагрузка, гармоника тока, емкость, упрощенная схема замещения фильтра, Амплитудное значение тока, электрическая энергия, реактивная мощность...

Управление мощностью в системах электроснабжения

Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность. Важнейшей задачей в электрических сетях является уменьшение потерь электроэнергии. Одним из способов энергосбережения является...

Технология повышения энергоэффективности электрических сетей

В статье рассматривается вопрос применения технологий повышения энергоэффективности электрических сетей, применяя постоянный ток. Ключевые слова: электрическая сеть, постоянный ток, энергосбережение, энергоэффективность, фаза и нагрузка сетей.

Активные и пассивные электрические фильтры

Эффективность работы активного фильтра гармоник. Ключевые слова: качество электрической энергии, система электроснабжения, частотный преобразователь, активный фильтр гармоник. Одной из важнейших проблем распределительных сетей является...

Применение пассивных фильтров для компенсации высших...

Моделирование работы такой электрической сети было выполнено в программном

реактивная мощность, релейный регулятор тока, MATLAB, параллельный компенсатор

электрическая энергия, частотный преобразователь, система электроснабжения, учет...

Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях...

Потери мощности в электрической сети. Удельный вес высших гармоник в суммарных

Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

Компенсация реактивной мощности в районных сетях

реактивная мощность, реактивная энергия, электрическая энергия, учет температуры, коэффициент мощности, устройство

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ. где -мощность короткого замыкания; -суммарная мощность нелинейной нагрузок.

Влияние работы бытовых электроприборов на качество...

Управление мощностью в системах электроснабжения. Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность. Важнейшей задачей в электрических сетях является уменьшение потерь электроэнергии.

Задать вопрос