Спосіб живлення активних навантажень споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік і пристрій для його здійснення

1 Спосіб живлення активних навантажень споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік, що включає вирізання основної гармоніки і повернення и в мережу, а також ВІДВІД, фільтрацію і підсумовування вищих гармонік, який відрізняється тим, що вищі гармоніки фільтрують через смуговий фільтр і підсумовують на активному навантаженні споживача 2 Пристрій для живлення активних навантажень споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік, що містить фільтри основної і вищої гармонік, причому вихід фільтра основних гармонік підключений до мережі, який відрізняється тим, що фільтри вищих гармонік виконані у вигляді смугового фільтра, що пропускає частоти вищих гармонік, а суматор відфільтрованих вищих гармонік виконаний у вигляді активного навантаження споживача Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до способів і пристроїв для боротьби зі шкідливими впливами вторинних потоків вищих гармонік, генерируемых нелінійними навантаженнями У системах електропостачання нелінійні навантаження є джерелами, що генерують вторинні потоки енергії вищих гармонік, що погіршують форму кривої напруги і створюють коливань напруги й асиметрію Потік енергії від генератора, що розподіляється по мережі і потребляемый навантаженнях, називається основним потоком, а його потужність потужність основного потоку Та частина енергії, що перетвориться навантаженнями, що спотворюють, і передається назад у мережу, визначає перекручування і приводить до погіршення якості електроенергії Цей потік і його потужність, що поширюються від навантажень, що спотворюють, по енергосистемі, називається вторинним потоком енергії і потужністю вторинного чи потоку просто вторинною потужністю Нелінійні навантаження є джерелами вищих гармонік Основний потік енергії визначається першими гармоніками напруги і токи, вторинний потік - вищими гармоніками Сумарні активні і реактивні потужності навантажень будуть складатися з потужностей основного потоку і вторинних потужностей Для нелінійних навантажень вторинні потужності будуть негативними, тому що потоки енергії гармонік будуть зво ротними основному потоку енергії, обумовленому першими гармоніками напруги і токи Для ЛІНІЙНИХ навантажень потоки енергії, обумовлені вищими гармоніками, будуть позитивними, тобто енергія вищих гармонік споживається ЛІНІЙНИМИ навантаженнями Нелінійні навантаження є генераторами вищих гармонік, одержуючи енергію із системи по каналі першої гармоніки, вони частково перетворять її в енергію вищих гармонік, що повертається назад у мережу Вторинна потужність визначається потужністю модуляції при резкопеременных навантаженнях, потужностями зворотної і нульової послідовностей при асиметрії режимів, потужностями вищих гармонік при нелінійних чи навантаженнях їхніх комбінаціях Вторинна потужність характеризується додатковими втратами енергії, що виникають при перекручуваннях режимів Відомий спосіб зниження рівня вищих гармонік («Якість електроенергії на промислових підприємствах» И В Жежеленко, М Л Рабинович, В М Божко, К, «Техніка», 1981 р , 160с), шляхом вибору схеми живильної мережі, що полягає в тім, що збільшується потужність короткого замикання в загальній крапці приєднання нелінійного й іншого навантаження Недоліком цього способу є великі втрати потужності при зниженні рівня вищих гармонік 00 (О 49684 Відомий також спосіб виключення впливу вищих гармонік на живильну мережу (Забродін Ю С , «Промислова електроніка», М , «Вища школа», 1982р), що полягає втім, що застосовують мережні фільтри Недоліком зазначеного способу є втрата потужності при зниженні рівня вищих гармонік Найбільш близьким по технічній суті і технічному результату що досягається, і обраним як прототип є «Спосіб виключення впливу вищих гармонійних складових на живильну мережу» (патент України № 23356, МПК 6H02J 1/02, БИ-4-98 р), що містить ВІДВІД і фільтрацію гармонік, причому частоту відфільтрованих гармонік поділяють на номер гармонік, отримані складові через фазосдвигающие пристрою підводять до мережі Недоліком прототипу є складність процесу перетворення гармонійного складових і пристрою для його реалізації Задачею винаходу є розробка нового способу перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік і пристрою для його здійснення з досягненням технічного результату - спрощення способу і пристрою для харчування активних навантажень споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік Поставлена задача ввирішується тим, що в способі живлення активних навантажень споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік, що включає вирізання основної гармоніки і повернення її в мережу, а також, ВІДВІД, фільтрацію і підсумовування вищих гармонік, вищі гармоніки фільтрують через смуговий фільтр і підсумовують на активному навантаженні споживача А в пристрої для живлення активних навантажень споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік, що включає фільтри основної і вищої гармонік, причому вихід фільтра основний гармоніки підключений до мережі, фільтри вищих гармонік виконані у виді смугового фільтра, що пропускає частоти вищих гармонік, а сумматор відфільтрованих вищих гармонік виконаний у виді активного навантаження споживача Новим у способі, що заявляється, є те, що вищі гармоніки, які містяться у вторинному потоці енергії й ухудшающие форму кривої напруги, що створюють коливання напруги й асиметрію, виділяються смуговим фільтром, набудованим на визначені гармоніки, а потім підсумовують на активному навантаженні споживача Спосіб, що заявляється, значно простіше прототипу, тому що не вимагає додаткового перетворення вторинного потоку енергії у виді розподілу частоти і зрушування фази кожної гармоніки, а дозволяє використовувати виділені смуговим фільтром гармонійні складові вторинного потоку енергії вищих гармонік, і підсумовування цих гармонік зробити безпосередньо на активному навантаженні власних потреб споживача, завдяки чому відпадає необхідність в операції підсумовування на окремому сумматоре Пристрій, що заявляється, для реалізації способу, якій заявляється, також значно простіше прототипу, тому що в його складі відсутні дільники частоти, фазосдвигаючі пристрої і сумматор, а трохи узкополосных фільтрів замінені одним сму говим фільтром Тому реалізація пристрою і способу, які заявляються, дозволять вирішити задачу, поставлену в даному винаході, з досягненням технічного результату - спрощення способу і пристрою для живлення активних навантажень споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік Суттєвими ознаками способу, якій заявляється, співпадаючими з прототипом є наступні ознаки - вирізання основної гармоніки, - повернення основної гармоніки в мережу, - ВІДВІД вищих гармонік, фільтрація вищих гармонік, - підсумовування вищих гармонік ВІДМІТНИМИ ВІД прототипу суттєвими ознаками способу, якій заявляється, є наступні ознаки - вищі гармоніки фільтрують через смуговий фільтр, - відфільтровані вищі гармоніки підсумовують на активному навантаженні споживача Суттєвими ознаками пристрою, якій заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки - фільтр основної гармоніки, - фільтри вищих гармонік, - вихід фільтра основної гармоніки підключений до мережі ВІДМІТНИМИ ВІД прототипу суттєвими ознаками пристрою, якій заявляється, є наступні ознаки - фільтри вищих гармонік виконані у виді смугового фільтра, смуговий фільтр пропускає частоти вищих гармонік, - сумматор відфільтрованих вищих гармонік виконаний у виді активного навантаження споживача Між суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок Дійсно, у всіх відомих технічних рішеннях вторинні потоки енергії вищих, гармонік намагаються будь-яким способом компенсувати, знищити, отфильтровать і замкнути на «землю» У прототипі вторинний потік енергії вищих гармонік «виправляють» і посилають назад у мережу, однак технічно досить складно проробити такі операції з потужностями в сотні і тисячі кіловатів У той же час відомо, що вторинні потоки енергії вищих гармонік складають близько 3-7% від потужності основного потоку енергії Для великих споживачів енергії потужністю понад 100 тисяч квт, що мають нелінійні навантаження, вторинний потік енергії вищих гармонік може складати по потужності більш 7 тисяч квт Якщо «компенсувати» таку потужність відомими способами або перетворювати її по прототипі, то втрати енергії чи вартість устаткування і перетворення енергії настільки великі, що такі витрати ДОЦІЛЬНІ в умовах обмеженого надходження додаткової енергії, наприклад, космічний корабель, велике судно, атомний підводний крейсер і т п автономні об'єкти Пропонований же спосіб виділення і використання вторинного потоку енергії вищих гармонік настільки простий і дешевий, що його можна використовувати практично на будь-яких промислових об'єктах, тому що на них маються крім основних 49684 навантажень, що споживають велику частину енергії, що надходить, і, на жаль, які спотворюють форму синусоїдального сигналу вищими гармоніками, цілий ряд допоміжних навантажень, так званих власних потреб споживача, наприклад висвітлення, опалення, гаряче водопостачання, двигуни постійний і перемінний токи різних регуляторів і тп Тому економічно і технічно доцільно не виправляти форму вищих гармонік, не «компенсувати» їх, а отфильтровать і захарчувати відфільтрованими вищими гармоніками активне навантаження споживача, просуммировав на ній ці відфільтровані гармоніки Суть способу, що заявляється, і пристрою для його здійснення пояснюється кресленням, на якому показана структурна схема пристрою На кресленні зображене пристрій, що заявляється, якій складається з фільтра 1 основної (першої) гармоніки і смугового фільтра 2, набудованого на частоти 3-ій -11-оі гармонік Входи усіх фільтрів підключені до мережі, що живить основне нелінійне навантаження споживача (умовно не показана) Вихід фільтра 1 підключений до живильного мережі, тобто потужність основної гармоніки, відфільтрована фільтром 1, повертається в мережу, аналогічно тому, як це виконано в прототипі Вихід смугового фільтра 2 підключений до активного навантаження 3 власних нестатків споживача, наприклад, до резистивных нагрівачів для опалення і/чи гарячого водопостачання, повітряних калоріферів (теплові завіси), електропе опору йш Спосіб, що заявляється, реалізується наступним чином У лінії електропередачі, що живить основне нелінійне навантаження споживача, у якій присутні вищі гармоніки, генерируемые нелінійним навантаженням, за допомогою фільтрів 1 -2 виділяють ВІДПОВІДНО першу (основну), і вищі гармоніки (третю - одинадцяту гармоніки) Першу гармоніку повертають у мережу, а ІНШІ гармоніки після фільтрації за допомогою смугового фільтра 2 подають на активне навантаження З власних потреб споживача, на якій і відбувається підсумовування потужності цих вищих гармонік 1 від нелінійного навантаження W 2 *• W ум 3 Д f= 150-350 Гц Фіг. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71