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, а також 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, потім підсумовують на випрямлячі, а випрямлену напругу подають на інвертор, ведений частотою основної гармоніки, а з виходу інвертора через другий смуговий фільтр подають на суматор основної і перетворених вищих гармонік 2 Пристрій для перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік, що містить фільтри основ ної і вищих гармонік, входи яких підключені до живильної мережі нелінійного навантаження, а також суматор основний і перетворених вищих гармонік, до першого входу якого підключено вихід фільтра основної гармоніки, при цьому вихід суматора основної і перетворених вищих гармонік підключено до живильної мережі, який відрізняється тим, що фільтри вищих гармонік виконані у вигляді першого смугового фільтра, який пропускає частоти вищих гармонік, а додатковий суматор відфільтрованих вищих гармонік виконано у вигляді випрямляча, вихід якого підключено до першого входу інвертора, до другого входу якого підключено вихід фільтра основної гармоніки, а вихід інвертора підключено до входу другого смугового фільтра, вихід якого підключено до другого входу суматора основної і перетворених вищих гармонік, виконаного у вигляді богатообмоткового трансформатора 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 коливань напруги й 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 різкозмінних 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 перекручуваннях режимів Відомий спосіб зниження рівня вищих гармонік («Якість електроенергії на промислових підприємствах» И В Жежеленко, М Л Рабинович, В М 00 ю 54784 Божко, К, «Техніка», 1981 р , 160с), шляхом вибору схеми живильної мережі, якій 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 Відомий також спосіб виключення впливу вищих гармонік на живильну мережу (Забродів 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, який реалізує «Спосіб виключення впливу вищих гармонійних складових на живильну мережу» (патент України № 23356, МПК - 6 Н 02 J 1/02, БИ-498р), якій включає фільтри основної і вищої гармонік, входи яких підключені до живильної мережі нелінійного навантаження, а також суматор основної і перетворених вищих гармонік, до першого входу якого підкпючен вихід фільтра основної гармоніки, при цьому вихід суматора основної і перетворених вищих гармонік підкпючен до живильної мережі Недоліком прототипу є складність процесу 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 зважується тим, що в «Способі перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік», якій включає вирізання основної гармоніки, а також ВІДВІД і фільтрацію вищих гармонік, підсумовування основної і перетворених вищих гармонік і повернення їх у живильну мережу, вищі гармоніки фільтрують через перший смуговий фільтр, потім підсумовують на випрямлячі, а випрямлену напругу подають на інвертор, відомий частотою основної гармоніки, а з виходу інвертора через другий смуговий фільтр подають на суматор основної і перетворених вищих гармонік Поставлена задача відносно заявленого пристрою зважується тим, що в «Пристрої для перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік», якій включає фільтри основної і вищої гармонік, входи яких підключені до живильної ме режі нелінійного навантаження, а також суматор основної і перетворених вищих гармонік, до першого входу якого підкпючен вихід фільтра основної гармоніки, при цьому вихід суматора основної і перетворених вищих гармонік підключен до живильної мережі, фільтри вищих гармонік виконані у вигляді першого смугового фільтра, якій пропускає частоти вищих гармонік, а додатковий суматор відфільтрованих вищих гармонік виконаний у вигляді випрямляча, вихід якого підкпючен до першого входу інвертора, до другого входу якого підключен вихід фільтра основної гармошки, а вихід інвертора підкпючен до входу другого смугового фільтра, вихід якого підкпючен до другого входу суматора основної і перетворених вищих гармонік, виконаного у вигляді багатообмоткового трансформатора 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, виділяють смуговим фільтром, набудованим на визначені гармоніки, підсумовують на випрямлячі, а випрямлену напругу подають на інвертор, відомий частотою основної гармоніки, а з виходу інвертора перетворений вторинний потік енергії вищих гармонік через смуговий фільтр і суматор повертають у живильну мережу Спосіб, що заявляється, значно простіше прототипу, тому що не вимагає додаткового перетворення вторинного потоку енергії у вигляді розподілу частоти і зрушування фази і синхронізації з частотою і фазою основної гармоніки фази кожної вищої гармоніки, а дозволяє використовувати виділені смуговим фільтром гармонійні складові вторинного потоку енергії вищих гармонік, підсумовані на випрямлячі і перетворені інвертором (синхронізовані по частоті і фазі з основною гармонікою живильної мережі), після чого перетворений вторинний потік енергії вищих гармонік повертають у живильну мережу Пристрій, що заявляється, для реалізації способу, що заявляється, також простіше прототипу, тому що в його складі відсутні дільники частоти і декілька фазозсувних і синхронізуючих пристроїв, а декілька узкополосных фільтрів замінені одним смуговим фільтром Крім того, пристрій, що заявляється, у «силовому варіанті» може бути реалізован на стандартних комплектуючих, серійно випускаємих промисловістю Тому очевидно, що 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 Істотними ознаками способу, якій заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки - вирізують основну гармоніку, - відводять вищі гармоніки, - фільтрують вищігармоніки, підсумовують основну і перетворені вищі гармоніки, - повертають основну і перетворені вищі гармоніки в живильну мережу ВІДМІТНИМИ ВІД прототипу істотними ознаками 54784 способу, якій заявляється, є наступні ознаки - вищі гармоніки фільтрують через перший смуговий фільтр, - відфільтровані вищі гармоніки підсумовують на випрямлячі, - випрямлену напругу подають на інвертор, відомий частотою основної гармоніки, - перемінна синусоїдальна напруга з виходу інвертора через другий смуговий фільтр подають на суматор, - підсумовують основну і перетворені вищі гармоніки Істотними ознаками пристрою, якій заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки - фільтр основної гармоніки, - фільтри вищих гармонік, - входи фільтрів основної і вищої гармонік підключені до живильної мережі нелінійного навантаження, - суматор основної і перетворених вищих гармонік, - до першого входу суматора підключен вихід фільтра основної гармоніки, - вихід суматора основної і перетворених вищих гармонік підключен до мережі ВІДМІТНИМИ ВІД прототипу істотними ознаками пристрою, якій заявляється, є наступні ознаки - фільтри вищих гармонік виконані у вигляді першого смугового фільтра, - перший смуговий фільтр пропускає частоти вищих гармонік, додатковий суматор відфільтрованих вищих гармонік виконай у вигляді випрямляча, - випрямляч з'єднай з першим входом інвертора, - другий вхід інвертора з'єднай з виходом фільтра основної гармоніки, - вихід інвертора підключен до входу другого смугового фільтра, - вихід другого смугового фільтра підключен до другого входу суматора основної і перетворених вищих гармонік, суматор основної і перетворених вищих гармонік виконай у вигляді багатообмоткового трансформатора Між ІСТОТНИМИ ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом, якій досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок Дійсно, у всіх відомих технічних рішеннях вторинні 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, які мають нелінійні навантаження, вторинний потік енергії вищих гармонік може складати по потужності більш 7 тисяч квт Якщо «компенсувати» таку потужність відоми ми 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, крім того, велике значення має можливість його практичного здійснення без спеціальної розробки нових комплектних пристроїв Сутність способу, якій 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 смугового фільтра 2, набудованого на частоти 3-ої -11-оі гармонік Входи усіх фільтрів підключені до мережі, яка харчує основне нелінійне навантаження споживача (умовно не показана) Вихід смугового фільтра 2 підключений до випрямляча 3, до виходу якого підключений перший вхід інвертора 4 На другий вхід інвертора 4 подається основна гармоніка живильного напруги з виходу фільтра 1, що синхронізує вироблювану інвертором 4 синусоїдальну перемінну напругу по частоті і фазі з основною гармонікою живильної мережі Вторинний потік енергії вищих гармонік після всіх перетворень, виконаних на пристрої, що заявляється, являє собою синусоїдальну напругу, що збігається з основним потоком енергії по напрузі, частоті і фазі Ця синусоїдальна напруга з виходу інвертора 4 надходить на вхід другого смугового фільтра 5, на якому відрізаються всі паразитні гармонійні складові, крім першої гармоніки З виходу другого смугового фільтра 5 перетворені вищі гармоніки надходять на другий вхід суматора 6, виконаного у вигляді ба гатооб моткового трансформатора, на перший вхід якого подається з виходу фільтра 1 відфільтрована основна гармоніка На сумматоре 6 відбувається підсумовування потужностей основної гармоніки і перетворених вищих гармонік, після чого підсумована потужність повертається в мережу, аналогічно тому, як це виконано в прототипі Спосіб, що заявляється, реалізується таким чином У лінії електропередачі, яка харчує основне нелінійне навантаження споживача, у якій присутні вищі гармоніки, генеруємі нелінійним навантаженням, за допомогою фільтрів 1 і 2 виділяють ВІДПОВІДНО першу (основну), і вищі гармоніки (другу тринадцяту гармоніки) Першу гармоніку повертають у мережу, як це зроблено у прототипі, а ІНШІ гармоніки після фільтрації за допомогою смугового фільтра 2 подають на випрямляч З Випрямлену напругу після випрямляча 3 по 54784 дають на інвертор 4, відомий по частоті і фазі основною гармонікою живильного напруги Як відомо, інвертор є пристроєм, що перетворить постійну напругу в перемінну напругу заданої величини і частоти Крім того, інвертори, керовані (ВІДОМІ) сигналом перемінної напруги, цілком «відслідковують» не тільки частоту напруги, що задає, але також і фазу сигналу - у нашому випадку, інвертор 4 керується частотою і фазою основної гармоніки з виходу фільтра 1 Тому на виході інвертора 4 одержують перемінну напругу заданої величини і співпадаючу по частоті і фазі сигналу з напругою, частотою і фазою основної гармоніки f - 5 0 r 8 Цей перетворений вторинний потік енергії вищих гармонік з виходу інвертора 4 подають на другий смуговий фільтр 5, що вирізує всі паразитні гармонійні складові, крім основної гармоніки Далі перемінну гармонійна напругу перетворених вищих гармонік подають на другий вхід суматора 6, на перший вхід якого подають напругу основної гармоніки з виходу фільтра 1 основної гармоніки Після підсумовування потужностей основної гармоніки і перетворених вищих гармонік на суматорі 6 уся потужність вторинного потоку енергії вищих гармонік і основної гармоніки повертається в мережу 4 від нелінійного навантаження в мережу f= 100-650 Гц 1 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