Come ridurre la tensione non sinusoidale

Un certo numero di consumatori di elettricità ha una dipendenza non lineare del consumo di corrente dalla tensione applicata, a causa della quale consumano una corrente non sinusoidale dalla rete... Questa corrente che scorre dal sistema attraverso gli elementi della rete provoca un non -caduta di tensione sinusoidale in essi, che "sovrappone" la tensione applicata e distorce. La distorsione della tensione sinusoidale si verifica in tutti i nodi dall'alimentatore al ricevitore elettrico non lineare.

Le fonti di distorsione armonica sono:

• forni ad arco per la produzione di acciaio,

• convertitori di valvole,

• trasformatori con caratteristiche volt-ampere non lineari,

• convertitori di frequenza,

• forni ad induzione,

• macchine elettriche rotanti,

• alimentato da convertitori di valvole,

• ricevitori televisivi,

• lampade fluorescenti,

• lampade al mercurio.

Gli ultimi tre gruppi sono caratterizzati da un basso livello di distorsione armonica dei singoli ricevitori, ma un gran numero di essi determina un livello significativo di armoniche anche nelle reti ad alta tensione.

Guarda anche: Sorgenti di armoniche nelle reti elettriche E Ragioni per la comparsa di armoniche superiori nei moderni sistemi di alimentazione

I modi per ridurre la tensione non sinusoidale possono essere suddivisi in tre gruppi:

a) soluzioni a catena: distribuzione di carichi non lineari su un sistema bus separato, distribuzione di carichi in diverse unità del SES con collegamento di motori elettrici in parallelo con essi, raggruppamento di convertitori secondo lo schema di moltiplicazione di fase, collegamento del caricare su un sistema di potenza superiore,

b) utilizzo di dispositivi di filtraggio, inclusione in parallelo del carico di filtri di risonanza a banda stretta, inclusione di dispositivi di compensazione del filtro (FCD);

c) utilizzo di apparecchiature speciali caratterizzate da un ridotto livello di generazione di armoniche superiori, utilizzo di trasformatori "insaturi", utilizzo di convertitori multifase con caratteristiche energetiche migliorate.

Sviluppo basi elementari dell'elettronica di potenza e nuovi metodi di modulazione ad alta frequenza hanno portato alla creazione negli anni '70 di una nuova classe di dispositivi, migliorare la qualità dell'energia elettrica – filtri attivi (AF)... Immediatamente è nata la classificazione dei filtri attivi in ​​\u200b\u200bserie e parallelo, nonché sorgenti di corrente e tensione, che ha portato a quattro circuiti principali.

Ciascuna delle quattro strutture (Fig. 1.6) determina il circuito del filtro alla frequenza operativa: gli interruttori nel convertitore e il tipo di interruttori stessi (interruttore a due vie o unidirezionale). Viene utilizzato come dispositivo di accumulo di energia in un convertitore che funge da sorgente di corrente (Fig. 1.a, d). induttanza, e nel convertitore, che funge da sorgente di tensione (Fig. 1.b, c), viene utilizzata la capacità.

Figura 1.I principali tipi di filtri attivi: a — sorgente di corrente parallela; b - sorgente di tensione parallela; c - sorgente di tensione in serie; d — sorgente di corrente in serie

È noto che la resistenza del filtro Z alla frequenza w è uguale a

Quando ХL = ХC o wL = (1 / wC) alla frequenza w, risonanza di tensione, il che significa che la resistenza del filtro per la componente armonica e di tensione con frequenza w è uguale a zero, in questo caso le componenti armoniche con frequenza w saranno assorbite dal filtro e non penetreranno nella rete. Il principio di progettazione dei filtri risonanti si basa su questo fenomeno.

Nelle reti con carichi non lineari, di norma, sorgono armoniche della serie canonica, il cui numero d'ordine è ν 3, 5, 7,. … ..

Figura 2. Circuito equivalente di un filtro a risonanza di potenza

Tenendo conto che XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), dove XL e Xc sono le resistenze del reattore e della batteria di condensatori alla frequenza fondamentale, si ottiene:

Un filtro che, oltre a filtrare le armoniche, genererà potere reattivo, e compensa la perdita di potenza e la tensione della rete, è chiamato filtro di compensazione (PKU).

Se un dispositivo, oltre a filtrare le armoniche superiori, svolge le funzioni di bilanciamento della tensione, viene chiamato tale dispositivo bilanciamento del filtro (FSU)... Strutturalmente, gli FSU sono un filtro asimmetrico collegato alla tensione di linea della rete. La scelta della tensione di linea a cui sono collegati i circuiti del filtro FSU, nonché i rapporti di potenza dei condensatori inclusi nelle fasi del filtro, sono determinati dalle condizioni di bilanciamento della tensione.

Ne consegue che dispositivi come PKU e FSU agiscono contemporaneamente su diversi indicatori di qualità dell'energia (non sinusoidale, asimmetria, deviazione di tensione). Tali dispositivi per migliorare la qualità dell'energia elettrica sono chiamati dispositivi di ottimizzazione multifunzionale (MOU).

L'opportunità nello sviluppo di tali dispositivi è nata a causa del fatto che i carichi improvvisamente variabili del tipo forni di acciaio ad arco causare una distorsione di tensione simultanea per un certo numero di indicatori. L'uso del MOU offre l'opportunità di risolvere in modo completo il problema di garantire la qualità dell'elettricità, ad es. contemporaneamente per più indicatori.

La categoria di tali dispositivi comprende le fonti di potenza reattiva statica ad alta velocità (IRM).

Secondo il principio di regolazione della potenza reattiva, l'IRM può essere suddiviso in due gruppi: fonti di potenza reattiva statica ad alta velocità di compensazione diretta, fonti di potenza reattiva statica ad alta velocità di compensazione indiretta... Le strutture di IRM sono mostrate nella Figura 3 , a, b, rispettivamente. Tali dispositivi, che hanno un'elevata velocità di risposta, possono ridurre le fluttuazioni di tensione. La regolazione graduale e la presenza di filtri garantiscono il bilanciamento e la riduzione dei livelli armonici più elevati.

Nella fig. 3, viene presentato un circuito di compensazione diretta in cui la sorgente di potenza reattiva "controllata" viene commutata mediante tiristori banco di condensatori. La batteria è a più sezioni e permette di variare discretamente la potenza reattiva generata. Nella fig. 3b, la potenza IRM viene variata regolando il reattore. Con questo metodo di controllo, il reattore consuma la potenza reattiva in eccesso generata dai filtri.Pertanto, il metodo è chiamato compensazione indiretta.

Figura 3. Schemi a blocchi di un IRM multifunzionale con compensazione diretta (a) e indiretta (b).

La compensazione indiretta presenta due svantaggi principali: l'assorbimento della potenza in eccesso provoca perdite aggiuntive e la modifica della potenza del reattore utilizzando l'angolo di controllo della valvola porta alla generazione aggiuntiva di armoniche superiori.