Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из существенных аспектов политики
энергосбережения в электроэнергетике являегся проведение широкого круга
мероприятий, направленных на уменьшение потерь электрической энергии и
повышение сС качества.
Широкое применение в промышленности регулируемых электроприводов и современной электротехнологни в большинстве своем связано с использованием специальных источников питания. >ги источники питания, как правило, имеют в своем составе различные типы вентильных преобразователей (неуправляемые и управляемые выпрямители, инверторы, преобразователи частоты и т.н.) или регуляторы (мощности, напряжения).
Для питающей сети такие источники являются нелинейной нагрузкой. К нелинейным нагрузкам относят также установки дуговой и контактной электросварки, электролуговые сталеплавильные печи, газоразрядные лампы, силовые трансформаторы и пр., которые приводят к возникновению в питающей сети несинусоидальных режимов, т.е. появлению высших гармоник токов и напряжений, и дефициту реактивной мощности. В связи с этим начинают предъявляться повышенные требования к энергетическим характеристикам нелинейных потребителей. В результате встает вопрос об электромагнитной совместимости ( Г)МС ) приемников электрической энергии, получающих питание от одной распределительной сети предприятия
Для уменьшения негативного влияния нелинейных нагрузок в распределительных сетях промышленных предприятий и цеховых сетях наибольшее распространение получили фильтрокомпенсируюшие устройства (ФКУ), которые используются одновременно и в качестве фильтров высших гармоник и в качестве устройств компенсации реактивной мощности. Однако существующие ФКУ имеют ряд недостатков, которые в эксплуатации значительно снижают их эффективность
Поэтому совершенствование существующих ФКУ и разработка на их основе устройств, позволяющих существенно снизить уровень высших гармоник тока и напряжения в трехфазных сетях переменного тока, является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является: оценка эффективности работы комбинированного фильтра, выполненного на базе стандартного ФКУ, определение области его применения и анализ его работы и устойчивости с использованием пакета программ Pspicc, адаптированных к расчету силовых трехфазных сетей переменною тока
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были решены следующие задачи:
сделана классификация потребителей электрической энергии, являющихся источниками высших гармоник в трехфазных сетях переменного тока;
составлена справочная таблица расчетных выражений для определения токов высших гармонических в питающей сети от различного вида нелинейны* потребителей;
рассмотрены существующие способы улучшения электромагнитной совместимое в системах электроснабжения промышленных предприятий,
рассмотрены возможности нового перспективного класса силовых фильтров: активных, гибридных и комбинированного и выбраны для исследований гибридный и комбинированный с нослсдовшсльным соединением пассивной части и активной;
исследована возможность использования для анализа и моделирования силовой трехфазной сети с нелинейной нагрузкой и фильтром автоматизированных программ схемотехнического моделирования;
разработана математическая модель гибридного фильтра;
исследовано по программам NAP 2 и Pspice влияние параметров сети на подавляющие свойства пассивного, гибридного и комбинированного фильзрон;
проведен анализ устойчивости работы системы «сеть - комбинированный фильтр - нелинейная нагрузка»;
проведена оптимизация параметров активной части комбинированного фильтра - источника компенсирующего напряжения;
проведена оценка эффективности работы комбинированного фильтра.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы принятые в электротехнике, в теориях полупроводниковых преобразователей, электрических фильтров и электрических сетей. Для машинного моделирования использовались автоматизированные программы расчета электронных схем NAP 2 и Pspice.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов. Справедливость теоретических положений подтверждена результатами компьютерного анализа и сравнением последних с экспериментальными данными, расхождение не превышаег 30 %.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- сделана классификация нелинейных потребителей в трехфазных сетях про
мышленных предприятий и составлена таблица для определения состава и
значений токов высших гармоник в зависимости от вида потребителя, его
мощности и питающего напряжения;
доказана возможность использования автоматизированных программ схемотехнического моделирования для расчета силовых трехфазных схем.
показано, что за основной параметр, характеризующий эффективность работы компенсирующего источника и частотные свойства комбинированного фильтра может быть принят коэффициент пропорциональности между напряжением источника и током фильтра - р;
разработана математическая модель комбинированного фильтра;
показана эффективность работы комбинированного фильтра, работающего по принципу компенсации падений напряжения на активных сопротивлениях резонансных контуров и имеющего один компенсирующий источник в активной части.
Основные практические результаты.
-
Определены амплитуды токов высших гармоник от мостового преобразователя при работе его на чисто активную нагрузку, показано, что амплитуда 5-ой гармоники больше, а остальных гармоник - меньше по сравнению с приведенными в литературе значениями.
-
Сложный фильтр типа ФКУ следует рассматривать как единую систему из-за взаимодействия отдельных ветвей простых фильтров и настраивать на фиксированные частоты необходимо не отдельные ветви, а оптимизирован, сложный фильтр в целом.
3 Показано, что большую эффективность даст оптимизация ФКУ по минимуму тока гармоник в питающей сети или по минимуму напряжения на фильтре.
-
Индуктивность питающей сети оказывает влияние на оптимизируемый параметр и се необходимо учитывать при оптимизации гибридного филыра Эффективность работы гибридного фильтра тем выше, чем больше индуктивность сети.
-
Сформулированы условия устойчивости системы «есть - гибридный фильтр - нелинейная нагрузка», необходимость соблюдения которых не позволяет снизить активные сопротивления ветвей фильтра ниже, чем до ЗО "і, от их номинальных значений.
-
Комбинированный фильтр позволяет снизить уровень высших гармоник в сети в большей степени, чем пассивный фильтр типа ФКУ.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на Ви>-рой международной научно-технической конференции «Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики» (Москва, 1995 г.) и на научно-технической конференции «Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование» (Новомосковск, 1998 г.)
&
Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Список литературы насчитывает 70 наименования. Общий объем 162 страницы, из них 96 страниц машинописного текста, 60 рисунков на 47 страницах, 21 таблица па 19 страницах, список литературы на 6 страницах.
