Активний фільтр для компенсації вищих гармонік напруги та струму електричної мережі

1. Активний фільтр для компенсації вищих гармонік напруги та стр уму електричної мережі, C2 2 (19) 1 3 79554 запропонованого винаходу по технічній суті і результату, що досягається. Активний фільтр - прототип має тіж самі вищевказані блоки аналізу і вимірювання ВГ, генерації протигармонік і силовий блок, а також ті самі недоліки, наведені вище в пп. 1, 2. Відзначимо, що коли фільтр компенсує ВГ в електричній мережі низької напруги (до 1000В), то силовий блок утворюють силові дроселі (по одному у кожній фазі). Якщо ж фільтр компенсує ВГ в мережі середньої напруги, 6-10кВ, то силовий блок утворює підвищуючий силовий трансформатор, до вторинної обмотки низької напруги якого підключено вихід блоку генерації протигармонік, а первинна його обмотка підключена до мережі середньої напруги 6-10кВ. Додатковим недоліком останнього варіанту фільтру - прототипу є те, що внаслідок трансформації змінюються дещо параметри генерованих протигармонік - їх форма і фаза, що спричиняє неповну або недостатню компенсацію ВГ в мережі 6-10кВ. В основу винаходу поставлена задача підвищення ефективності компенсації ВГ електричної мережі середньої напруги, зменшення потужності блоку генерації протигармонік, спрощення силового блоку фільтра. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому активному фільтрі для компенсації вищих гармонік напруги та стр уму електричної мережі, який містить блок аналізу і вимірювання вищих гармонік, блок генерації протигармонік і силовий блок для передачі генерованих гармонік в електричну мережу, згідно винаходу, як силовий блок використана синхронна електрична машина, блок генерації протигармонік виконаний у вигляді додаткового малопотужного збудника, вхід якого з'єднаний з виходом блоку аналізу і вимірювання ВГ напруги та стр уму електричної мережі, а вихід підключений паралельно до обмотки збудження синхронної електричної машини. При цьому як синхронну електричну машину використано існуючий синхронний електродвигун або існуючий електричній генератор. Сутність активного фільтру, що заявляється, пояснюється кресленням, де зображено трифазну електричну мережу середньої напруги (наприклад 6-10кВ), джерело ВГ і активний фільтр компенсації ВГ в цій мережі. Трифазна електрична мережа 1 середньої напруги (наприклад, 6-10кВ) з фазами А,В,С живить навантаження (на Фіг.1 воно не зображено), серед якого є струмоприймачі, що генерують в мережу 1 вищі гармоніки струму. Такі струмоприймачі згруповано в одне спільне джерело ВГ 2. Вищі гармоніки струму створюють в мережі 1 вищі гармоніки напруги. ВГ напруги і струму є шкідливими для більшості нормальних стр умоприймачів мережі 1, тому їх, тобто ви щих гармонік, треба позбутися, хоча би частково. Сигнали, пропорційні вищім гармонікам напруги та струму, отримують з вторинних обмоток трансформатора напруги 3 і трансформаторів струм у (ТС) 4.1-4.3. Сигнали цих обмоток подано на вхід блоку аналізу і вимірювання ВГ 5 напруги та стр уму мережі 1, вихід якого з'єднано з виходом блоку генерації протигармонік 6. Як сило 4 вий блок активного фільтру використано синхронну електричну машину 7, яка має обмотку збудження 8, що живиться від основного збудника 9. Вихід блоку генерації протигармонік 6 підключено паралельно до обмотки збудження 8. Сигнали, пропорційні вищим гармонікам струму, генерованих синхронною машиною 7 в мережу 1, отримують з вторинних обмоток ТС 10.1-10.3. Ці сигнали, подані на вхід блоку б, відіграють роль зворотнього зв'язку. Слід зазначити, що вищі гармоніки струму генерують здебільшого в мережі низької напруги 400 В або 600-800 В (змінної напруги). Генераторами ВГ струму в основному є вентильні перетворювачі змінної напруги в постійну напругу. Вентильні перетворювачі живляться від вторинних обмоток групових силових трансформаторів 6/0,4кВ, або ж від вторинних обмоток індивідуальних вентильних трансформаторів 6/0,4-0,8кВ. Первинні обмотки цих силових трансформаторів живляться від мережі 6кВ (або 10кВ). Вищі гармоніки струму, генеровані в мережу низької напруги (до 1000В), шляхом трансформації у «своїх» трансформаторах попадають в мережу 1 середньої напруги 6-10кВ, від якої живляться силові трансформатори. В свою чергу електромережі 6-10кВ через потужні силові трансформатори живляться від високовольтних 110-220кВ - ліній електропередачі (ЛЕП-110, 220). Вищі гармоніки струму з однієї мережі 6-10кВ через живлячій силовий трансформатор попадають в ЛЕП -110, а через неї - до інших мереж 6-10кВ, які через свої трансформатори приєднані до цієї ж ЛЕП-110. Отже вищі гармоніки струму попадають до конкретної мережі середньої напруги 6-10кВ як з боку низької напруги (до 1000 В), так і з боку високої напруги 110 або 220кВ. Частина вищих гармонік струму може генеруватися струмоприймачами, які живляться безпосередньо від мережі 1 середньої напруги. Запропонований активний фільтр працює таким чином. З появою ВГ в мережі 1 датчики (трансформатори) 3, 4.1-4.3 передають інформацію про ВГ на вхід блоку 5. Останній виявляє номери (порядок) ВГ та їх величину, наприклад, 5-а гармоніка струму має величину 40 А, 7-а - 32 А, або ж 7-а гармоніка напруги має величину 20В і таке інше. Ця інформація про ВГ з виходу блоку 5 надходить на вхід блоку 6, який генерує відповідні проти гармоніки струму і/ або напруги, які знаходяться у противофазі до ВГ мережі 1. Генеровані протигармоніки з виходу блоку 6 подаються на обмотку збудження 8 синхронної машини 7. Ротор машини 7, статор якої живиться від мережі 1, обертається з певною кількістю обертів на хвилину за рахунок електроенергії, яка надходить до статору машини 7 з мережі 1 і постійного струму збудження, що надходить до обмотки 8 від основного збудника 9 машини 7. Потужність збудження синхронної машини становить 0,1...0,5% від номінальної потужності машини, тому блок 6 в даному винаході відіграє роль малопотужного (не більше кількохкВт) додаткового збудника, який забезпечує протікання вищих протигармонік струму в обмотці 8 машини 7. Внаслідок цього в обмотці статору машини 7 генеруються протигармоніки струму нале 5 79554 жного порядку (номеру) та величини, скажімо, 5-а протигармоніка струму величиною 40А, 7-а протигармоніка в 32А, тощо. Генеровані протигармоніки повністю компенсують ВГ струму, що існують в мережі 1. Компенсація ВГ струму призводить до зникнення ВГ напруги в мережі 1. Сигнали від ТС 10.1-10.3 виконують функцію зворотнього зв'язку по генерованим машиною 7 протигармонікам струму, що сприяє достатньо точній компенсації ВГ в мережі 1. Генерація ВГ необхідної потужності (величини) статором синхронної машини 7 в мережу 1 означає підсилення вищих гармонік малої потужності, які подаються в обмотку збудження 8 машини 7 від малопотужного додаткового збудника 6. Підсилення здійснюється за рахунок електроенергії, яка споживається машиною 7, - її статором, - з мережі 1. Завдяки цій електроенергії і збудження ротора останній обертається з синхронною швидкістю обертання, що як раз і призводить до генерації ВГ струму в мережу 1. В більшості випадків від мережі середньої напруги 6-10кВ живиться один (або більше) синхронний електродвигун виробничого механізму. Іноді до такої мережі підключений синхронний електро Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 генератор. Тоді такий синхронний двигун або генератор доцільно використати як синхронну машину 7, при цьому вартість запропонованого активного фільтру мінімальна. Якщо такої нагоди немає, то застосовують спеціальну (окрему) синхронну машину, але малої потужності, бо така синхронна машина - за звичай це синхронний електродвигун - не несе ніякого механічного навантаження. Ще раз зазначимо, що блок 6 в запропонованому фільтрі виконано, як малопотужний додатковий збудник машини 7, потужність якого складає в різних умовах 1..10кВт, в той час як у відомих активних фільтрах блок 6 розраховано на повну потужність ВГ, яка становить десятки і сотнікВт (навіть іноді до 1 МВт). Малопотужний збудник вищих протигармонік легше виконати і ним легше керувати, що сприяє якнайповнішій компенсації ВГ в мережі 1. Існують всі підстави для широкого застосування запропонованого активного фільтру в мережах середньої напруги 6-10кВ, в яких має місце високий рівень вищих гармонік напруги та стр уму, що завдає значної економічної шкоди (значних збитків) як окремим підприємствам, так і народному господарству в цілому. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601