Online Electric

Работа посвящена вопросам улучшения качества электроэнергии в части высших гармонических составляющих, вызывающих искажение синусоидальной формы кривой напряжения.

Ключевые слова: качество электроэнергии; несинусоидальность напряжения; гармонические составляющие; моделирование.

Дополнительные нагрузочные потери мощности и электроэнергии в распределительной сети 10–0,4 кВ и оборудовании возникают в результате плохого качества электроэнергии.

Работа посвящена вопросам улучшения качества электроэнергии в части
высших гармонических составляющих, вызывающих искажение

синусоидальной формы кривой напряжения.

Гармонические составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к электрическим сетям различного напряжения [2, с. 7].

Несинусоидальность напряжения, характеризуется коэффициентом

искажения синусоидальности кривой напряжения k_u и коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения k_u(n) .

Известно, что наибольшее влияние на форму напряжения оказывают нечетные гармоники: 5, 7, 11, а также нечетные гармоники кратные трем. Наибольший ущерб от несинусоидальности напряжения определяется дополнительными активными потерями в электроаппаратах и старением их изоляции в результате повышенного нагрева.

Наиболее массовым источником помех, влияющих на качество электроэнергии, являются силовые полупроводниковые преобразователи газоразрядные лампы и магнитные усилители.

Чтобы анализировать вопросы электромагнитной совместимости преобразователей с питающей сетью на этапе проектирования, или иметь возможность улучшать качество электроэнергии в процессе эксплуатации,

следует предусматривать средства, обеспечивающие соответствие качества электроэнергии стандартным требованиям. Для решения этой задачи целесообразно применять компьютерные методы расчета электрических схем.

Для анализа схем силовых полупроводниковых преобразователей были
использованы [1, с. 17] три программы из комплекта системы Design:
Schematics – графический редактор, предназначенный для ввода исходных
данных в виде принципиальной схемы электронного устройства и управления
двумя другими программами; PSpice – модуль моделирования,

предназначенный для анализа схемы электронного устройства и вывода результатов анализа в текстовой форме; Probe – графический постпроцессор, предназначенный для вывода и обработки результатов анализа в графической форме. К пакету системы Design прилагаются библиотеки графических символов и математических моделей компонентов, которые также используются при моделировании преобразователей.

Рассмотрим пример моделирования влияния на питающую сеть тиристорного выпрямителя, выполненного в системе схематического моделирования Design-PSpice [4, с. 116] по трехфазной мостовой схеме с целью
выбора параметров фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ).

Функциональная схема модели, созданная в среде программы Schematics, показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема модели для анализа влияния на питающую сет ь тирист орного выпрямителя, выполненного по

трехфазной мост овой схеме

Условные обозначения: ALFHA – угол управления, градусы; T_puls – длительность импульса управления; FREQ – частота, Гц; Ls – индуктивность сети, мГн; Lk – индуктивность рассеяния трансформатора, мГн; TENS – действующее значение фазного напряжения источника питания, В; K – коэффициент трансформации.

Параметры схемы выбраны таким образом, чтобы обеспечить существенное искажение формы кривой питающего напряжения сети (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения U (La:2) – 22,7 %), если не применять ФКУ (рисунок 2).

Рисунок 2. Эпюры кривых тока и напряжения сети без ФКУ

ФКУ на рисунке 1 исполнено в виде иерархического символа – блока ФКУ, функциональная схема блока ФКУ показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Функциональная схема блока ФКУ

В данном случае модель ФКУ представляет собой шесть графических
символов трехфазной схемы ФКУ, соединенных

параллельно [3, с. 86], [5, с. 123], настроенных на пятую, седьмую,

одиннадцатую, тринадцатую гармоники (F1–F4 – соответственно). Форма кривых тока и напряжения сети для схемы, показанной на рисунке 1, при подключенном ФКУ приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Эпюры кривых т ока и напряжения сет и при подключенном ФКУ

В результате применения ФКУ выполняются требования [1] по
несинусоидальности напряжения сети (коэффициент искажения

синусоидальности кривой напряжения U (La:2) – 4,87 %) и обеспечивается

значение коэффициента сдвига основной гармоники тока относительно основной гармоники напряжения на входе преобразователя равное единице.

Вывод: При наличии отклонения показателей качества электроэнергии по

коэффициентам k_u и k_u(n) , использование данной модели позволяет подобрать

требуемые параметры фильтрокомпенсирующих установок, использование которых способствует снижению потерь электроэнергии на предприятии.

Список литературы:

1. Валиуллина З., Зинин Ю. Схемотехническое моделирование силовых дросселей для тиристорных преобразователей повышенной частоты //Силовая электроника. 2007. – № 1.
2. ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
3. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP М.: Солон. 1997.