Спосіб перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік і пристрій для його здійснення

1 Спосіб перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік, що включає вирізання основної гармоніки, ВІДВІД і фільтрацію вищих гармонік, підсумовування основної і перетворених вищих гармонік і повернення їх у живильну мережу, який відрізняється тим, що вищі гармоніки фільтрують через перший смуговий фільтр, підсумовують на випрямлячу, а випрямлену напругу через імпульсний стабілізатор струму подають на генератор синусоїдальної напруги, синхронізований по частоті і фазі з основною гармонікою, а потім змінну синусоїдальну напругу фільтрують через другий смуговий фільтр і подають на суматор основної і перетворених вищих гармонік 2 Пристрій для перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік, що включає фільтри осно вної і вищих гармонік, а також суматор основної і перетворених вищих гармонік, причому входи фільтрів основної і вищих гармонік підключені до живильної мережі нелінійного навантаження, а вихід фільтра основної гармоніки підключений до першого входу суматора, вихід якого підключений до живильної мережі, який відрізняється тим, що фільтри вищих гармонік виконані у вигляді першого смугового фільтра, що пропускає частоти вищих гармонік, а додатковий суматор відфільтрованих вищих гармонік виконаний у вигляді випрямляча, вихід якого підключений до імпульсного стабілізатора струму, підключеного до першого входу генератора синусоїдальної напруги, до другого входу якого підключений вихід фільтра основної гармоніки для синхронізації генератора по частоті і фазі сигналом основної гармоніки, при цьому вихід генератора синусоїдальної напруги підключений до входу другого смугового фільтра, вихід якого підключений до другого входу суматора, виконаного у вигляді богатообмоткового трансформатора СО 00 Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до способів і пристроїв для боротьби зі шкідливими впливами вторинних потоків вищих гармонік, генеруємих нелінійними навантаженнями У системах електропостачання нелінійні навантаження є джерелами, що генерують вторинні потоки енергії вищих гармонік, які погіршують форму кривої напруги і створюють коливання напруги и асиметрію Потік енергії від генератора, що розподіляється по мережі і споживаємий навантаженнями, називається основним потоком, а його потужність потужність основного потоку Та частина енергії, яка 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 потоку чи просто вторинною потужністю Нелінійні навантаження є джерелами вищих гармонік Основний потік енергії визначається першими гармоніками напруги і струму, вторинний потік - вищими гармоніками Сумарні активні і реактивні потужності навантажень будуть складатися з потужностей основного потоку і вторинних потужностей Нелінійні навантаження є генераторами вищих гармонік, тому що одержуючи енергію із системи по каналу першої гармоніки, вони частково перетворять її в енергію вищих гармонік, що повертається назад у мережу Вторинна потужність визначається потужністю модуляції при різко змінних навантаженнях, потужностями зворотної і нульової послідовностей при асиметрії режимів, потужностями вищих гармонік при нелінійних навантаженнях чи їхніх комбінаціях Вторинна потужність характеризується додатковими втратами енергії, що виникають при пере Ю 54783 кручуваннях 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, якій полягає в тім, що збільшується потужність короткого замикання в загальній точці приєднання нелінійного й іншого навантаження Недоліком цього способу є великі втрати потужності при зниженні рівня вищих гармонік Відомий також спосіб виключення впливу вищих гармонік на живильну мережу (Забродін Ю С , «Промислова електроніка», М , «Вища школа», 1982р), якій полягає в тім, що застосовують мережні фільтри Недоліком зазначеного способу є втрата потужності при зниженні рівня вищих гармонік Найбільш близьким до заявленого способу по технічній сутності і технічному результату, що досягається, і обраним як прототип є «Спосіб виключення впливу вищих гармонійних складових на живильну мережу» (патент України № 23356, МПК - 6 Н 02 J 1/02, БИ-4-98р), якій містить ВІДВІД І фільтрацію гармонік, причому частоту відфільтрованих гармонік поділяють на номер гармонік, отримані складові через фазозсувні пристрої підводять до мережі Недоліком прототипу є складність процесу перетворення гармонійних складових Найбільш близьким до заявленого пристрою по технічній сутності і технічному результату, що досягається, і обраним як прототип є пристрій, що реалізує «Спосіб виключення впливу вищих гармонійних складових на живильну мережу» (патент України № 23356, МПК - 6 Н 02 J 1/02, БИ-4-98 р), якій включає фільтри основної і вищої гармонік, а також суматор основної і перетворених вищих гармонік, причому входи фільтрів основної і вищих гармонік підключені до живильного мереж нелінійного навантаження, а вихід фільтра основної гармоніки підключений до першого входу суматора, вихід якого підключений до живильної мережі Недоліком прототипу є складність пристрою перетворення гармонійних складових 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 перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік Поставлена задача відносно заявленого способу вирішена тим, що в «Способі перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік», якій включає вирізання основної гармоніки, ВІДВІД І фільтрацію вищих гармонік, підсумовування основної і перетворених вищих гармонік і повернення їх у живильну мережу, вищі гармоніки фільтрують через перший смуговий фільтр, підсумовують на випрямлячі, а випрямлену напругу через імпульсний стабілізатор струму подають на генератор синусоїдальної напруги, синхронізованого по частоті і фазі з основною гармонікою, а потім перемінну синусоїдальну напругу фільтрують через другий смуговий фільтр і подають на суматор основний і перетворені вищі гармоніки Поставлена задача відносно заявленого пристрою вирішена тим, що в «Пристрої для перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік», що включає фільтри основної і вищої гармонік, а також суматор основної і перетворену вийде гармонік, причому входи фільтрів основної і вищих гармонік підключені до живильного мережі нелінійного навантаження, а вихід фільтра основної гармоніки підключений до першого входу суматора, вихід якого підключений до живильного мережі, фільтри вищих гармонік виконані у виді першого смугового фільтра, якій пропускає частоти вищих гармонік, а додатковий суматор відфільтрованих вищих гармонік виконаний у виді випрямляча, вихід якого підключений до імпульсного стабілізатора струму, підключеному до першого входу генератора синусоїдальної напруги, до другого входу якого підключений вихід фільтра основної гармоніки для синхронізації генератора по частоті і фазі сигналом основної гармоніки, а вихід генератора синусоїдальної напруги підключений до входу другого смугового фільтра, вихід якого підключений до другого входу суматора, виконаного в виді багатообмоткового трансформатора Новим у способі, що заявляється, є те, що вищі гармоніки, які містяться у вторинному потоці енергії й погіршують форму кривої напруги, які створюють коливання напруги й асиметрію, виділяють першим смуговим фільтром, набудованим на визначені гармоніки, підсумовують на випрямлячі, а випрямлену напругу через імпульсний стабілізатор струму, генератор синусоїдальної напруги, другий смуговий фільтр і суматор повертають у живильну мережу Спосіб, якій заявляється, значно простіше прототипу, тому що не вимагає додаткового перетворення вторинного потоку енергії у виді розподілу частоти і зрушування фази і синхронізації з частотою і фазою основної гармоніки фази кожної вищої гармоніки, а дозволяє використовувати виділені першим смуговим фільтром гармонійні складові вторинного потоку енергії вищих гармонік, підсумовані на випрямлячі, а потім отримана постійна напруга стабілізувати імпульсним стабілізатором струму, перетворити в синусоїду синусоїдальним генератором, погодити по частоті і фазі отримана синусоїдальна напруга с частотою і фазою основної гармоніки живильної мережі, після чого перетворений вторинний потік енергії вищих гармонік через другий смуговий фільтр подають на суматор, на який також подають і виділену основну гармоніку Підсумовані напруги основної гармоніки і перетворених вищих гармонік повертають у живильну мережу Пристрій, що заявляється, для реалізації способу, якій заявляється, також простіше прототипу, тому що в його складі відсутні дільники частоти і декілька фазозсувних і синхронізуючих пристроїв, а декілька вузькополосних фільтрів замінені одним смуговим фільтром Тому реалізація способу і пристрою, що заявляються, дозволять вирішити задачу, поставлену в даному винаході, з досягненням технічного результату - спрощенням способу і пристрою для перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік 54783 Істотними ознаками способу, якій заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки - вирізують основну гармоніку, - відводять вищі гармоніки, фільтрують вищі гармоніки, - підсумовують основну і перетворені вищі гармоніки, - повертають основну і перетворені вищі гармоніки в живильну мережу ВІДМІТНИМИ ВІД прототипу істотними ознаками способу, якій заявляється, є наступні ознаки - вищі гармоніки фільтрують через перший смуговий фільтр, відфільтровані вищі гармоніки підсумовують на випрямлячі - випрямлену напругу через імпульсний стабілізатор струму подають на генератор синусоїдальної напруги, - генератор синусоїдальної напруги синхронізован по частоті і фазі з основною гармонікою, - перемінну синусоїдальну напругу фільтрують через другий смуговий фільтр, - відфільтровану синусоїдальну напругу подають на суматор разом з основною гармонікою, - підсумовані на суматорі напруги основної гармоніки і перетворених вищих гармонік повертають у живильну мережу Істотними ознаками пристрою, якій заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки - фільтр основної гармоніки, - фільтри вищих гармонік, - суматор основної і перетворених вищих гармонік, - входи фільтрів основної і вищої гармонік підключені до живильного мережі нелінійного навантаження, - вихід фільтра основної гармоніки підключений до першого входу суматора, - вихід сумматора підключений до живильного мережі ВІДМІТНИМИ ВІД прототипу істотними ознаками пристрою, якій заявляється, є наступні ознаки - фільтри вищих гармонік виконані у виді першого смугового фільтра, - перший смуговий фільтр пропускає частоти вищих гармонік, - додатковий суматор відфільтрованих вищих гармонік виконаний у виді випрямляча, - вихід випрямляча підключен до імпульсного стабілізатора струму, - стабілізатор струму підключений до першого входу генератора синусоїдальної напруги, - до другого входу генератора синусоїдальної напруги підключений вихід фільтра основної гармоніки для синхронізації генератора по частоті і фазі сигналом основної гармоніки, - вихід генератора синусоїдальної напруги підключений до входу другого смугового фільтра, - вихід другого смугового фільтра підключений до другого входу суматора, - суматор виконай у виді багатообмоткового трансформатора Між ІСТОТНИМИ ознаками винаходу, якій заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок Дійсно, у всіх відомих технічних рішеннях вто ринні потоки енергії вищих гармонік намагаються будь-яким способом компенсувати, знищити, відфільтрувати і замкнути на «землю» У прототипі вторинний потік енергії вищих гармонік «виправляють» досить складним способом і посилають назад у мережу, однак технічно 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 чи перетворювати и 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 простіше і дешевше, ніж спосіб по прототипі, через меншу КІЛЬКІСТЬ функціональних блоків і їх більш простого конструктивного виконання Сутність способу, що заявляється, і пристрою для його здійснення пояснюється кресленням, на якому показана структурна схема пристрою На кресленні (фіг) зображений пристрій, якій заявляється, що складається з фільтра 1 основної (першої) гармоніки і першого смугового фільтра 2, набудованого на частоті 2-ої - 13-ої гармонік Входи усіх фільтрів підключені до мережі, що харчує основне нелінійне навантаження споживача (умовно не показана) Вихід першого смугового фільтра 2 підключений до випрямляча 3, що виконує функцію додаткового суматора відфільтрованих вищих гармонік До виходу випрямляча 3 підключений вхід імпульсного стабілізатора струму 4 Випрямлена і стабілізована напруга вторинного потоку енергії вищих гармонік після імпульсного стабілізатора струму 4 надходить на перший вхід синусоїдального генератора 5 На другий вхід синусоїдального генератора 5 подається напруга основної гармоніки з виходу фільтра 1 основної (першої) гармоніки, що служить опорною напругою для синхронізації частоти і фази вироблюваного генератором 5 синусоїдальної напруги З виходу генератора 5 напруга синусоїдальної форми з частотою 50+ 0,1 Гц подається на вхід другого смугового фільтра 6, що вирізує всі гармонійні складові, крім основної гармоніки Вторинний потік енергії вищих гармонік після всіх перетворень на виході другого смугового фільтра 6 являє собою синусоїдальну напругу, що збігається з основним потоком енергії по напрузі, частоті і фазі Ця синусоїдальна напруга з виходу другого смугового фільтра 6 надходить на другий вхід суматора 7, на перший вхід якого надходить напруга основної гармоніки з виходу фільтра 1, тобто потужність основної гармоніки, відфільтро 54783 вана фільтром 1, повертається в мережу через суматор 7, аналогічно тому, як це виконано в прототипі З виходу суматора 7 основної гармоніки і перетворених вищих гармонік синусоїдальна напруга частотою 50+ 0,1 Гц повертається в живильну мережу Суматор 7 виконаний у виді багатообмоткового трансформатора відповідної потужності Спосіб, що заявляється, реалізується таким чином У лінії електропередачі, що харчує основне нелінійне навантаження споживача, у якій присутні вищі гармоніки, генеруємі нелінійним навантаженням споживача, за допомогою фільтрів 1 і 2 виділяють ВІДПОВІДНО першу (основну), і вищі гармоніки (другу-тринадцяту гармоніки) Першу гармоніку повертають у мережу через суматор, а ІНШІ гармоніки після фільтрації за допомогою першого смугового фільтра 2 подають на випрямляч 3, на якому відбувається підсумовування усіх відфільтрованих вищих гармонік Випрямлену напругу після випрямляча 3 подають на імпульсний стабілізатор струму 4, після якого стабілізовану напругу подають на синусоїдальний генератор 5, що виробляє синусоїдальну напругу частотою 50+ 0,1 Гц, синхронізовану по 8 частоті і фазі з частотою і фазою основної гармоніки Потім стабілізовану по напрузі і частоті і синхронізовану по фазі з основною гармонікою синусоїдальну напругу подають на другий смуговий фільтр 6, на якому вирізують усі паразитні гармонійні складові, крім основної гармоніки Отриману синусоїдальну напругу подають на другий вхід суматора 7 основний і перетворені вищі гармоніки, на перший вхід якого подають основну гармоніку, виділену фільтром 1 основної гармоніки З виходу суматора 7 підсумовані гармоніки основна і перетворені вищі - надходять у живильну мережу Опитний зразок діючого пристрою, якій реалізує спосіб, що заявляється, виконай автором на наступних компонентах - мікросхеми УД601А, Д0140УД6, Д0561ТМ2, Д0561ЛЕ5А, Д0157УД2, - транзистори КТ503Е, 2Т630А, КТ505А, КТ818ГМ, - діоди і стабілітрони 2Д212А, 2Д213А, КС168А, 2Д521А, 2Д524А, - конденсатори керамічні, електролітичні, - дроселі і трансформатори ^ 5 0 Гц основна гармоніка від нелінійного навантаження f= 100-650 Гц Фіг. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 в мережу