Содержание
Введение.
В энергосистемах, содержащих мощные потребители энергии с полупроводниковыми преобразователями, обычно существенно искажаются напряжения и токи электросетей. Особенно велики искажения при наличии в системах мощных преобразователей на однооперационных тиристорах. Коммутационные процессы в этих устройствах также приводят к возникновению в сетях резонансных явлений.
В большинстве случаев для снижения искажений напряжения сети применяют резонансные LC-фильтры, а также RC-цепи. Вместе с тем современное состояние силовых полупроводниковых систем позволяет для улучшения качества электроэнергии использовать активные фильтры, построенные, например, на модулях IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором). Эти устройства могут выполнять и другие задачи: компенсировать реактивную мощность электросетей, восстанавливать симметрию напряжений. В качестве мощных активных фильтров рассматривается применение многоуровневых, многотактных и каскадных полупроводниковых преобразователей. Разрабатываются также преобразователи других типов. Активные фильтры предназначены для компенсации искажений, созданных нелинейными, низкого и среднего напряжения нагрузками (компьютеры, источники бесперебойного питания, люминесцентные системы освещения и т.д.).
Применение активных фильтров — эффективный метод улучшения качества электроэнергии
Повсеместное использование нелинейных нагрузок, включающих в себя силовое электронное оборудование: вентильные преобразователи и устройства частотного регулирования электропривода, насыщенные трансформаторы и электродвигатели, мощные электрические печи и сварочное оборудование — привело к необходимости разработки и внедрения систем коррекции формы кривых тока и напряжения. Один из перспективных методов решения указанной задачи — применение активных фильтров.
Существуют последовательная, параллельная и смешанная топологии подключения активных фильтров, принципиально же различают два типа:
· последовательный активный фильтр;
· параллельный активный фильтр.
Последовательный активный фильтр
Последовательный фильтр по сути является управляемым генератором напряжения и служит эффективным решением для компенсации провалов, фликера несимметрии и гармонических составляющих в напряжении сети.
Однако он имеет некоторые недостатки. Расчитанный на полный ток нагрузки, он имеет высокую мощность и, соответственно, стоимость. Кроме того, не может прямо исправлять токи нагрузки, подключенной за ним, влияя на них только посредством изменения напряжения. Существенным преимуществом является исправление искаженной формы напряжения независимо от природы возникновения искажений.
Принцип действия и блок-схема последовательного фильтра показана на рисунке 1.
Параллельный активный фильтр
Параметры параллельных фильтров должны быть подобраны только для величин гармонических токов от нелинейной нагрузки. Еще одно преимущество — принцип регулирования с коррекцией тока (фильтр как регулируемый источник тока) и связанное с этим улучшение напряжения питания остальных потребителей. В таких сетях источники возмущений — потребляемые нагрузкой токи (THD(I) %>>THD(U)%). Суммарные гармонические искажения по току % всегда выше, чем по напряжению. Логично и более быстродействующе исправлять первопричину. Для последовательного же фильтра в этом случае подходит задача уменьшения воздействия от внешних возмущений из сети, прежде всего по напряжению. Это утверждение можно оспаривать, но стоимостной фактор подскажет именно такую логику действий! Таким образом, место применения параллельного фильтра — ближе к нелинейной нагрузке.
Общим в построении фильтров является принцип регулирования по отклонению от заданной величины, они оба включают в себя датчики измеренных сигналов и блоки формирования опорных сигналов по напряжению или току — по типу фильтра, соответственно. Следовательно, должны обладать значительным быстродействием (0,02-0,5 мс) и временем отклика 0,2-2 мс для сетей 50-60 Гц. Поэтому в качестве регулирующего элемента применяют IGBT-транзисторы. Используется также принцип ШИМ-регулирования (регулирование с использованием широтноимпульсной модуляции сигнала).
В современных условиях наследия единой энергетической системы РФ, учитывая статистику нечастых сбоев на центральных генерирующих мощностях, в передающих сетях, представляется более интересной задача влияния нелинейных потребителей на собственную распределительную сеть.
Этому посвящено дальнейшее описание.
Итак, если в сети присутствуют гармоники тока из-за наличия нелинейных нагрузок, наилучшим и универсальным способом повышения качества электропитания является установка параллельных активных фильтров. Рассмотрим данный фильтр на примере современной серии APF производства испанской фирмы CIRCUTOR, выпуск 2007-2008 гг.
Фильтры APF обеспечивают компенсацию гармоник, асимметрии и фазового сдвига тока сети. APF должен быть подключен параллельно питающей линии, как показано на рисунке 2. Тогда фильтр скомпенсирует пульсацию, асимметрию и отставание по фазе, вызванные работой нелинейной нагрузки, подключенной ниже по направлению протекания тока. Принцип компенсации гармоник основан на инжектировании пульсирующего тока в противофазе, что уничтожает гармоники, генерируемые нагрузкой.
