Ограничение уровня гармоник – для ознакомления
Вопрос 10. Добавочные потери в сети при возникновении несинусоидальности, несимметрии и колебаний токов и напряжений. О проблематичности существенного уменьшенияэтих потерь при применении СТК и АФ.
Определение добавочных потерь
Для оценки дополнительных потерь мощности, обусловленных высшими гармониками тока, могут быть использованы расчетные методы.
Методы расчёта добавочных потерь
Расчёт и оценки уровня потерь в электрических сетях проводятся по утверждённой Минэнерго РФ инструкции[5]. Однако, при расчёте нагрузочных потерь в данном документе не рассматриваются потери, обусловленные низким качеством электроэнергии по таким показателям как несинусоидальность и несимметрия. В тоже время учёт потерь электроэнергии от высших гармонических составляющих тока и токов обратной последовательности помогут разработке эффективных мер по сокращению потерь в электрических сетях.
Потери электроэнергии, вызванные несинусоидальностью и несимметрией токов, хоть и являются техническими потерями, но включаются в разряд коммерческих и, следовательно, не включаются в тариф. Это ведёт к тому, что электроэнергетические предприятия по транспортировке ЭЭ теряют доход, следовательно, государство имеет недоплату налогов в бюждет. Существует пять методик расчёта потерь электроэнергии по сети в целом. Все они представлены в инструкции Минэнерго РФ [5], которая на данный момент является единственным документом, на основе которого рассчитываются потери во всех энергетических организациях страны.
|
|
|
Потери могут быть рассчитаны по следующим методикам:
1)оперативных расчётов;
2)расчётных нагрузок;
3)средних нагрузок;
4)числа часов наибольших потерь мощности;
5)оценки потерь по обобщённой информации о схемах и нагрузках сети.
Основным минусом всех этих методик является низкая точность, т.е. большая погрешность расчёта. Формула по расчёту нагрузочных потерь в ЛЭП, кабельных линиях, шинопроводах или двухобмоточных трансформаторах имеет вид:
Выражение для расчёта потерь от высших гармоник в ЛЭП примет вид:
Дополнительные потери в конденсаторных батареях и фильтрокомпенсирующих устройствах. Наибольшее влияние на режимы работы КБ и ФКУ оказывают высшие гармоники. В первую очередь это связано с возможностью возникновения резонансных явлений, которые могут привести к перегрузкам элементов сети и даже выходу из строя электрооборудования. При несинусоидальном напряжении на зажимах КБ в диэлектрике появляются дополнительные активные потери, обусловленные высшими гармониками, которые находят по формуле ’
|
|
|
Потери в ректорах:
Ограничение уровня гармоник
Высшие гармоники напряжения и тока неблагоприятно влияют на электрооборудование, создавая дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях, сокращая срок службы изоляции электрических машин и аппаратов, повышая аварийность в кабельных сетях, вызывая сбои в работе систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи. Высшие гармоники напряжения и тока влияют также на значения коэффициента мощности, вращающего момента электродвигателей. Однако снижение этих характеристик, даже при коэффициенте искажения формы кривой напряжения 10-15%, оказывается весьма небольшим. Уровень дополнительных активных потерь от высших гармоник в основных сетях электрических систем составляет несколько процентов от потерь при синусоидальном напряжении.
Допустимые значения коэффициента несинусоидальности кривой напряжения
С 1970-х годов для симметрирования тяговой нагрузки железных дорог, уменьшения фликера, вызванного работой дуговых сталеплавильных печей, и в ряде других задач применяются статические тиристорные компенсаторы (СТК) – компенсирующие устройства, выполненные на базе тиристорных силовых ключей. Развитие силовой электроники привело к созданию активных фильтров (АФ), использующих полностью управляемые транзисторные силовые ключи и обладающих рядом преимуществ по сравнению с СТК. В отличие от СТК, регулирующего ток только по первой гармонике, АФ (за счет большего быстродействия) способен работать в режиме источника тока, что позволяет использовать его для компенсации всех неактивных составляющих токов нагрузки. АФ были предложены в 70-х годах, однако, до 2000-х годов в мире выпускались только низковольтные устройства мощностью до нескольких Мвар. Создание мощных высоковольтных АФ для симметрирования тяговой нагрузки и компенсации токов ДСП стало возможным с появлением новых схем преобразователей напряжения (ПН).
|
|
|
Действует правило – чем выше точка подключения СТК и больше его мощность, тем больший эффект от его применения. Для подключения СТК к высокому напряжению используется повышающий трансформатор. Если объединить в один аппарат этот трансформатор и реакторы ТРГ, то существенно снизятся потери в СТК, площадь установки, стоимость обслуживания и повысится надежность СТК в целом. Идея создания такого типа СТК, называемого управляемый шунтирующий реактор-трансформатор (УШРТ), существовала давно, однако первый опыт ее реализации в 1979 г. был н удачным, в первую очередь из-за высокого уровня потерь. Эта неудача на многие годы затормозила применение УШРТ в электроэнергетике.
|
|
|
СТК имеет уровень автоматизации, обеспечивающий его работу без постоянного присутствия персонала. Управление СТК осуществляется от пульта дистанционного управления (ПДУ СТК) или от АСУ ТП через внешний интерфейс.Номинальная мощность и схема СТК выбирается для конкретного объекта в зависимости от параметров системы электроснабжения, вида и мощности компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии и выполняемым функциям. Для каждого отдельного случая производится расчет требуемой мощности ТРГ и ФКЦ, и определяется их состав.
Снижение несинусоидальности можно осуществить одним из следующих способов: 1) снижением уровня высших гармоник, генерируемых вентильными преобразователями; 2) рациональным построением схемы электрической сети; 3) использованием фильтров высших гармоник.
Снижение уровней высших гармоник, генерируемых преобразователями, можно осуществить за счет увеличения числа фаз выпрямления в преобразовательных установках (как правило, до 12) или применения специальных схем преобразователей и законов управлениями ими, обеспечивающих улучшение формы кривой их первичных, т. е. сетевых, токов.Учитывая сложность, высокую стоимость и низкую надежность преобразователейпри r > 12 в большинстве случаев ограничиваются 12-фазными схемами, хотя имеется опыт применения трансформаторов с большим числом фаз – 18, 24 и более.
Другой способ рационального построения сети состоит в применении в преобразовательных агрегатах трансформаторов с первичным напряжением 110—220кВ (рис. 5.10, в), исключающих влияние несинусоидальности на потребителей распределительных сетей 0,38—10кВ. При такой схеме сети высшие гармоники, генерируемые преобразователями, попадают с шин высшего напряжения районной подстанции сразу в питающую сеть 110—220 кВ), а не в распределительную сеть 0,38—10 кВ.Однако в этом случае могут появляться недопустимые напряжения гармоник в питающих сетях энергосистемы.
Эффективность питания преобразователей от трансформаторов 110—220 кВ (рис. 5.10, в) ограничивается возможностью появления недопустимых высших гармоник напряжений и токов в питающих сетях энергосистемы. Применение схемы на рис. 5.10, в допустимо в промышленных сетях при отсутствии резонанса токов или напряжений и других нежелательных последствий несинусоидальности в питающих сетях.
Рис. 5.11. Схема фильтра высших гармоник:
Rc — сопротивление сети; xL, xC —сопротивление ре-актора и БК фильтра
Использование фильтров — распространенный способ снижения уровня высших гармоник. За рубежом распространено мнение, что установка фильтров более экономична, чем увеличение числа фаз преобразователей. Фильтр высших гармоник представляет собой последовательно соединенные реактор и БК (рис. 5.11). Параметры реактора и БК подбирают так, чтобы их результирующее сопротивление для определенной частоты гармоники было равно нулю. В общем случае на каждую гармонику нужен свой фильтр. Фильтр образует ветвь с очень малым сопротивлением, параллельную электрической сети, шунтирует ее на частоте заданной гармоники и соответственно снижает напряжение этой гармоники. Такие фильтры могут присоединяться как в местах генерации высших гармоник (на вентильных установках), так и в узлах сети с недопустимым уровнем гармоник тока или при резонансе токов.
Батареи конденсаторов, применяемые в фильтрах, целесообразно одновременно использовать для компенсации реактивной мощности. Экономически целесообразно применение таких многофункциональных устройств, предназначенных не только для снижения синусоидальности, но и для компенсации Q. Такие установки часто называют фильтрокомпенсирующими (ФКУ). При определенных условиях ФКУ могут использоваться также для симметрирования напряжения в сети.
Идеальный фильтр полностью отфильтровывает токи гармоник, на частоту которых настроены его звенья. Практически же наличие активных сопротивлений реакторов и батарей конденсаторов и неточная настройка звеньев фильтра приводит к неполной фильтрации гармоник. Фильтр является одновременно и источником реактивной мощности. Параметры фильтров подбираются таким образом, чтобы звенья были настроены в резонанс на частоты фильтруемых гармоник, а их емкости позволяли бы генерировать необходимую реактивную мощность на промышленной частоте. Такие фильтры могут присоединяться как в месте генерации высших гармоник, так и в узлах сети с недопустимым уровнем гармоник тока. В настоящее время фильтрокомпенсирующие устройства не нашли пока широкого применения из-за их достаточно высокой стоимости и повышенной чувствительности к точности настройки. По последней причине может быть даже усиление отдельных гармоник напряжения на шинах подстанции. Однако данная задача остается актуальной, и в последнее время разработаны серии комплектных силовых резонансных фильтров 5-, 7-, 11- и 13-й гармоник с регулируемым реактором для сетей 10(6) кВ мощностью 1200 квар для 5- и 7-й гармоник и мощностью 800 квар для 11-й и 13-й гармоник.
Снижение несимметрии
Способ фильтрации токов симметричных составляющих осуществляется с помощью устройств, сопротивление нулевой последовательности которых имеет минимально возможное значение. Такие устройства выполняются на базе индуктивно-емкостных элементов как с электрическими, так и с электромагнитными связями.
При установке фильтровых устройств на зажимы несимметричной и нелинейной нагрузки токи нулевой последовательности и высшие гармоники, кратные трем, замыкаясь через эти устройства, не протекают по элементам сети. В результате существенно снижаются дополнительные потери напряжения, а также потери мощности.
Фильтровые устройства включают на зажимах сосредоточенной нагрузки, шинах низкого напряжения распределительного трансформатора в случае, когда нагрузка распределена вдоль линии, и в характерных точках на линии при повышенных требованиях к качеству напряжения.
Ограничение уровня гармоник – для ознакомления
Включение линейных дросселей
Простейшим способом снижения уровня генерируемых нелинейными нагрузками высших гармоник тока во внешнюю сеть является последовательное включение линейных дросселей. Такой дроссель имеет малое значение индуктивного сопротивления на основной частоте 50 Гц и значительные величины сопротивлений для высших гармоник, что приводит к их ослаблению. При этом снижается коэффициент амплитуды (крест-фактор) и коэффициент искажения входного тока. Дроссели могут быть установлены как внутри ИБП, так и расположены на выходном конце кабеля (т.е. на стороне нагрузки). Тогда токи третьей гармоники циркулируют между нагрузкой и фильтром, частично снижая суммарный ток в проводнике нейтрали.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 827; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!