9. Компенсация реактивной мощности в электрических сетях с высшими гармониками

Увеличение количества и повышение установленной мощности электроприемников с нелинейным характером нагрузки сделали несинусоидальные режимы характерной и неотъемлемой чертой современных систем электроснабжения.

Вентильные преобразователи, применяемые на промышленных предприятиях, относятся к числу мощных нелинейных электроприемников, при работе которых в электрической сети возникают высшие гармоники тока и напряжения. Поэтому при использовании вентильных преобразователей появляется необходимость в уменьшении их негативного влияния на питающую сеть. А поскольку вентильные преобразователи, кроме того, являются крупными потребителями реактивной мощности, то также возникает вопрос о компенсации реактивной мощности, потребляемой вентильными преобразователями.

Наибольшее распространение для компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях получили конденсаторные установки. Высшие гармоники, генерируемые в сеть вентильными преобразователями, оказывают значительное влияние на работу конденсаторных установок, применяемых для компенсации реактивной мощности в сетях с нелинейными нагрузками. Они чаще выходят из строя по причине ускорения износа диэлектриков, а также по причине перегрузки конденсаторов токами высших гармоник, которая возникает, как правило, при появлении в сети резонансного режима на частоте какой-либо из высших гармоник.

Угол сдвига φ₁ между основными гармониками тока и напряжения вентильного преобразователя определяется в основном глубиной регулирования выпрямленного напряжения:

, (37)

где U_в – среднее значение выпрямленного напряжения, В; U_в0 – выпрямленное напряжение при идеальном холостом ходе и отсутствии регулирования, В:

, (38)

где U₂ – напряжение на входе вентильного преобразователя, В.

Реактивная мощность, потребляемая вентильным преобразователем, определяется по формуле:

, (39)

где I_в – среднее значение выпрямленного тока, А.

Действующее значение тока высших гармоник на входе вентильного преобразователя

, (40)

где – номер гармоники; n = 1, 2, 3, … ; P – число пульсаций за период.

При 6-пульсовой схеме вентильные преобразователи генерируют в сеть гармоники до 19-го порядка, при 12-пульсовой схеме ­– до 25-го порядка включительно.

Токи высших гармоник, протекающие через конденсаторную установку, будут равны

, (41)

где U_γф – фазное напряжение на стороне переменного тока, В (для 1-ой гармоники ); X_ку – номинальное сопротивление конденсаторной установки, Ом.

Максимальная перегрузка по току для конденсаторных установок составляет 1,3I_ном.

Для защиты конденсаторных установок и создания нормальных условий для их работы используются реакторы (дроссели), которые включаются в сеть последовательно с батареями конденсаторов. Также в настоящее время применительно к сетям с нелинейными нагрузками все большее применение находят комплектные фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ), обеспечивающие одновременно компенсацию реактивной мощности основной частоты, а также фильтрацию высших гармоник.

Задача 7. P-пульсовый вентильный преобразователь ВП подключен к шинам низкого напряжения трансформаторной подстанции промышленного предприятия. Напряжение на входе вентильного преобразователя равно U₂, среднее значение выпрямленного напряжения составляет U_в, а среднее значение выпрямленного тока – I_в. Для компенсации реактивной мощности, потребляемой вентильным преобразователем, параллельно ему включена конденсаторная установка КУ (рис. 3). Определить степень перегрузки конденсаторной установки токами высших гармоник, генерируемых в сеть вентильным преобразователем, по отношению к току 1-ой гармоники, номинальному току и току перегрузки конденсаторной установки. Дать рекомендации по защите конденсаторной установки от высших гармоник. Варианты для выполнения задания приведены в табл. 10.

Рис. 3. Расчетная схема

Таблица 10

Варианты для выполнения задания

Номер варианта		P		Uв, В		Iв, А		Sн.т, кВА		U2, В		Uк, %
1		2		3		4		5		6		7
1		6		440		850		1000		400		5,5
2		12		690		200		160		690		6,5
3		6		690		250		250		690		6,5
4		12		440		700		630		400		5,5
5		6		440		100		100		400		4,5
6	12		690		1100		1600		690		5,5
7	6		690		400		400		690		4,5
8	12		440		1800		2500		400		5,5
9	6		440		300		250		400		6,5
10	12		690		550		630		690		5,5
11	6		690		900		1000		690		5,5
12	12		440		1350		1600		400		5,5
13	6		440		200		160		400		4,5
14	12		690		450		400		690		4,5
15	6		690		1500		2500		690		5,5
16	12		440		350		250		400		6,5
17	6		440		650		630		400		5,5
18	12		690		850		1000		690		5,5

Продолжение табл. 10

1	2	3	4	5	6	7
19	6	690	1000	1600	690	5,5
20	12	440	500	400	400	4,5
21	6	440	1600	2500	400	5,5
22	12	440	150	100	400	4,5
23	6	690	150	160	690	6,5
24	12	690	300	250	690	6,5
25	6	440	950	1000	400	5,5
26	12	440	600	400	400	5,5
27	6	690	500	630	690	5,5
28	12	690	1600	2500	690	5,5
29	6	440	1200	1600	400	5,5
30	12	440	900	1000	400	5,5
31	6	690	300	250	690	5,5
32	12	690	700	630	690	5,5
33	6	440	450	400	400	4,5
34	12	440	250	160	400	4,5
35	6	690	1250	1600	690	5,5
36	12	690	950	1000	690	5,5
37	6	440	350	250	400	5,5
38	12	440	1500	1600	400	5,5
39	6	690	650	630	690	5,5
40	12	690	550	400	690	5,5
41	6	440	1350	1600	400	5,5
42	12	440	400	250	400	5,5
43	6	690	800	1000	690	5,5
44	12	690	350	250	690	5,5
45	6	440	550	400	400	5,5
46	12	440	750	630	400	5,5
47	6	690	500	400	690	5,5
48	12	690	1400	1600	690	5,5
49	6	440	700	630	400	5,5
50	12	440	1000	1000	400	5,5

Перейти к Содержанию