Математична модель закону керування фільтром вищих гармонік

Вступ

Проблема якості електричної енергії в системах електропостачання промислових підприємств продовжує залишатися однією із найважливіших, яка визначає надійність та ефективність електропостачання споживачів. Сучасні промислові підприємства характеризуються широким та інтенсивним впровадженням в них різноманітного роду нелінійних навантажень і, в першу чергу, пристроїв силової електронної перетворювальної техніки. Ці пристрої мають суттєві переваги, сприяючи вирішенню економічних проблем, дозволяючи полегшити вирішення енергетичної проблеми при сталих генеруючих потужностях, формуючи суттєвий внесок в ресурсозбереження.

Проте, застосування вищезгаданих пристроїв загострює проблему якості електроенергії, складовою частиною якої є рівень вищих гармонік. Наявність вищих гармонік в електричних мережах енергосистем та системах електропостачання приводить до ряду небажаних явищ, серед яких: збільшення додаткових втрат в мережах та елементах електрообладнання; зниження експлуатаційного терміну служби електрообладнання; збої в роботі електронного обладнання та пристроїв релейного захисту та автоматики; погіршення показників технологічних процесів на промислових підприємствах тощо.

Аналіз доступних літературних джерел свідчить про те, що проблемою мінімізації вищих гармонік в електричних мережах займається досить широке коло науковців, що разом із вказаними вище обставинами, обумовлює її беззаперечну актуальність та значущість.

Мета роботи. Задачею даної роботи є побудова математичної моделі, практична реалізація якої дасть можливість суттєво покращити якість електроенергії за рахунок мінімізації вищих гармонік спектра напруги електричної мережі.

Матеріал та результати досліджень

Зниження рівнів вищих гармонік в електромережах є частиною загальної задачі зменшення впливу нелінійних навантажень на мережу живлення та покращення якості електроенергії в електричних мережах підприємств.

Комплексне вирішення цієї задачі засноване на застосуванні багатофункціональних пристроїв, які забезпечують підвищення стабільності та надійності електропостачання.

В основу роботи цих пристроїв має бути покладена математична модель, яка повинна враховувати особливість вмикання нелінійних навантажень у випадкових поєднаннях в непередбачувані моменти часу.

Один із можливих варіантів реалізації такої математичної моделі запропоновано в [1]. Дана математична модель здійснює визначення амплітуди превалюючої вищої гармоніки та формування керувальної дії з метою налагодження фільтра в резонанс на виділену гармоніку. Проте, запропонована математична модель дає можливість здійснювати компенсацію лише однієї превалюючої вищої гармоніки, чого не завжди буває достатньо для суттєвого покращення якості електроенергії.

З метою компенсації одночасно декількох вищих гармонік адаптивна система автоматичної фільтрації гармонічних складових повинна вирішувати одну із найважливіших задач, яка полягає у визначені амплітуд превалюючих гармонік Аі та їх частот :

(1)

(2)

де: U(t) - напруга мережі у вузлі, що розглядається;

А1, А2, ..., Аn - амплітудний спектр напруги мережі;

Аі - амплітуда превалюючої гармоніки;

Кнс. - значення реального коефіцієнта несинусоїдальності мережі;

Кнс.доп. - значення коефіцієнта несинусоїдальності нормоване ДЕСТом.

За критерій оцінки якості електроенергії використовується коефіцієнт несинусоїдальності, тобто пошук та виділення зі спектру напруги превалюючих вищих гармонік виконується в разі виконання умови Кнс. > Кнс.доп..

Слід зазначити, що для більшості промислових підприємств живлення споживачів здійснюється мережами напругою 0,4 кВ. Тому згідно ДЕСТ 13109-97 [2] нормоване допустиме значення коефіцієнта несинусоїдальності не повинно перевищувати рівень 0,05. Тоді критерій оцінки якості електроенергії матиме вигляд:

вищий гармоніка електричний мережа

(3)

де: A1 - амплітуда основної несучої гармоніки напруги мережі;

Аі - амплітуди гармонік, присутніх в гармонічному спектрі напруги;

Кнс.доп. = 0,05 - нормоване допустиме значення коефіцієнта несинусоїдальності.

Математично задачі визначення частот вищих гармонік та формування сигналу керування регульованою індуктивністю можна записати у вигляді:

(4)

де: фг(і) - частота превалюючої вищої гармоніки;

рф(і) - резонансна частота фільтра для і-ої гармоніки;

1(LC) - резонансна характеристика фільтра;

3(*(і)) - характеристика перетворювача “частота-постійний струм”;

Іфг - струм в фільтрі, що виникає при його резонансному налагоджені;

Ід - струм в елементах LC-фільтра, допустимий по умовам їх неруйнування;

К - коефіцієнт пропорційності;

Іn(і) - величина струму, що формується перетворювачем 3 в функції розлагодження фільтра;

і - індекс в позначеннях параметрів, який вказує на те, що вони характеризують фільтр по відношенню до і-ої гармоніки.

Значення постійного струму формується для зміни індуктивності L(і) шляхом підмагнічування по закону 2 з метою отримання значення резонансної характеристики 2, яка мінімізує розлагодження *(і).

Формування в функції розлагодження фільтра складової (ІД) залежить від умов роботи фільтра вищих гармонік, тобто визначається допустимими струмами, які протікають по силових елементах фільтруючого пристрою.

Мінімізація Кнс дозволяє підвищувати якість напруги мережі змінного струму шляхом одночасного подавлення декількох превалюючих вищих гармонік, кількість яких визначається критерієм якості.

Висновки

В даній роботі розглянуто основні аспекти проблеми вищих гармонік в електричних мережах. Запропоновано математичну модель закону керування фільтром вищих гармонік, яка дає можливість підвищувати якість електроенергії, використовуючи за критерій оцінки якості коефіцієнт несинусоїдальності напруги.

Розглянута математична модель в разі її практичної реалізації може знайти широке застосування перш за все в системах адаптивної фільтрації вищих гармонік в мережах промислових підприємств радіоелектронної галузі промисловості, які містять велику кількість споживачів електроенергії з нелінійними характеристиками та технологічних установках, зниження якості напруги живлення яких по спектральному складу завжди призводить до масового браку дорогокоштуючої продукції.

Література

1. Мокин Б.И., Головатюк Н.А., Белоус В.Н. Микропроцессорная реализация блока выделения превалирующих гармоник адаптивной системы управления резонансным фильтром // Изв. Вузов. Энергетика. - 1988. - № 10. С. 44 - 48.

2. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Взамен ГОСТ 13109-67. - М.: Изд-во стандартов, 1997. - 80 с.

3. Паянок О.А. Підвищення якості електроенергії за рахунок застосування фільтрів вищих гармонік: Дис. магістра: 05.09.03. - В.: ВНТУ, 2005. - 96 с.

Размещено на Allbest.ru