Введение 4
1 Проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения .... 6
1.1 Основные параметры, определяющие качество электроэнергии .. 6
1.2 Гармонический анализ несинусоидальных режимов 12
1.3 Влияние высших гармоник на эффективность работы
электрооборудования 14
1.4 Источники высших гармоник в сетях 0.4 - 10 кВ 16
1.5 Энергетические соотношения в установившемся
несинусоидальном режиме 20
2 Активные фильтрокомпенсирующие устройства 29
2.1 Классификация активных фильтрокомпенсирующих устройств 29
2.2 Алгоритмы формирования сигналов управления силовой частью АФКУ 36
3 Адаптивные алгоритмы управления активными фильтрами 42
3.1 Адаптивный режекторный фильтр на основе КИХ-фильтра в
форме цифровой линии задержки 42
3.2 Анализ частотных характеристик режекторного фильтра 45
3.3 Моделирование работы адаптивного режекторного фильтра 46
Заключение 55
Список использованных источников 56
Одной из основных причин ухудшения качества электроэнергии в распределительных сетях является увеличение числа нелинейных устройств, создающих при своей работе токи несинусоидальной формы. Такими устройствами являются импульсные источники питания, приводы электродвигателей с регулируемой скоростью вращения, пускорегулирующие аппараты для электролюминесцентных ламп и т.д. Токи и напряжения несинусоидальной формы можно представить в виде суммы гармоник, частоты которых кратны основной частоте питающей сети.
Результатом «засорения» системы электроснабжения гармониками является увеличение потерь во вращающихся машинах, трансформаторах, линиях электропередачи, ускоренное старение изоляции электрооборудования, ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики [1,2,3].
Для уменьшения уровня высших гармоник в сетях электроснабжения используют фильтрокомпенсирующие устройства. Такими устройствами являются пассивные и активные фильтры гармоник.
Пассивные фильтры гармоник (ПФГ) являются распространенным средством подавления высших гармоник в сетях электроснабжения. Достоинствами пассивных фильтров являются их простота и экономичность. Главный недостаток пассивных фильтров заключается в том, что они являются статическими устройствами. Их эффективность уменьшается при изменении гармонического состава токов и напряжений, а также при изменении параметров сети. Другой недостаток - возможность возникновения резонанса токов в параллельном колебательном контуре,образуемом фильтром и индуктивностью питающей сети.
В последнее время значительный интерес проявляется к активным фильтрам гармоник [2,3]. Такой фильтр представляет коммутируемое устройство, характеристики которого формируются с помощью специального закона управления. Активный фильтр гармоник может выполнять одновременно несколько функций:
- подавление высших гармоник;
- коррекция коэффициента мощности;
- коррекция частотных характеристик сети и исключение параллельных резонансов.
Такой широкий спектр возможностей активных фильтров гармоник объясняется тем, что они представляют собой адаптивные устройства, характеристики которых изменяются в зависимости от режима работы сети и характеристик нагрузки. Поэтому более точное название таких устройств - активные фильтрокомпенсирующие устройства (АФКУ).
Принцип действия АФКУ основан на том, что они генерируют токи или напряжения гармоник в противофазе с ними, и тем самым компенсируют искажения потребляемых токов. Значительный прогресс, достигнутый в последние годы в совершенствовании характеристик силовых полупроводниковых приборов, а также уменьшение стоимости последних делают активные фильтры гармоник конкурентоспособными с их пассивными аналогами. АФКУ используются крупными коммерческими и офисными потребителями, на железнодорожном транспорте [2,3].
Основные результаты работы заключаются в следующем.
^Проанализировано влияние несинусоидальных режимов на эффективность работы электрооборудования. Показано, что массовое использование энергосберегающих устройств с нелинейными
характеристиками вызывает ухудшение качества электроэнергии.
2) Проведен анализ основных видов нелинейных нагрузок, вызывающих искажение напряжений и токов в распределительных электрических сетях. Поскольку различные потребители используют нелинейные нагрузки определенного вида, целесообразно рассмотреть не отдельные нагрузки, а группы потребителей, использующих различные виды нелинейных нагрузок.
3) Рассмотрен адаптивный метод управления характеристиками активных фильтрокомпенсирующих устройств (АФКУ), основанный на использовании алгоритмов адаптивной цифровой обработки сигналов. Основой системы формирования управляющих сигналов является режекторный цифровой фильтр, настраиваемый с помощью алгоритма Уидроу-Хоффа.
4) Проведена экспериментальная проверка предложенного метода управления АФКУ. Показано, что система управления не требует предварительной настройки на спектр сетевых гармоник. Характеристики АФКУ изменяются в режиме реального времени при изменении спектров несинусоидальных напряжений и токов сети.
