Коррекция коэффициента мощности в системах электроснабжения с многофазными нелинейными нагрузками

ЦЕЛЬ. Многофазные (многопульсные) выпрямители являются одной из основных нелинейных нагрузок в системах электроснабжения промышленных предприятий. Преимуществом многофазных схем является меньший уровень низкочастотных гармоник тока на стороне переменного напряжения. В реальных условиях токи многофазных выпрямителей имеют широкий спектр, включающий как характеристические, так и нехарактеристические гармоники. Это отрицательно сказывается на качестве электроэнергии. МЕТОДЫ. Традиционным средством компенсации реактивной мощности в сетях промышленных потребителей являются конденсаторные установки. Однако включение конденсаторов приводит к образованию параллельных резонансных контуров с индуктивностью сети. Это может вызвать резонансное усиление отдельных гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье рассмотрены устройства параллельной емкостной компенсации для систем электроснабжения, питающих многофазные нелинейные нагрузки, в форме параллельного соединения широкополосных пассивных фильтров лестничной структуры. Они обеспечивают не только компенсацию реактивной мощности, но и коррекцию частотных характеристик сети для демпфирования резонансных режимов. Рассмотрен аналитический метод расчета предложенных широкополосных фильтров, основанный на денормировании фильтрапрототипа по частоте и реактивной мощности . Метод позволяет варьировать уровень ослабления отдельных гармоник, передаваемых во внешнюю сеть, за счет распределения мощности компенсирующего устройства между звеньями. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Сравнительный анализ различных конфигураций показал, что предложенные ФКУ на основе широкополосных фильтров позволяют компенсировать реактивную мощность на частоте основной гармоники, а также снизить уровень гармоник, создаваемых многофазными нелинейными нагрузками, до значений, определяемых ГОСТ 32144 -2013. Предложенные в статье фильтры обеспечивают эффективное подавление как характеристических, так и нехарактеристических гармонических составляющих, а также имеют меньшие потери мощности на частоте основной гармоники по сравнению с известными решениями.

1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 6-е изд. М., Энергоатомиздат, 2010. 375 c.

2. Коверникова Л.И., Тульский В.Н., Шамонов Р.Г. Качество электроэнергии в ЕЭС России: текущие проблемы и необходимые решения // Электроэнергия: Передача и распределение. 2016. № 2 (35). С. 28-38.

3. Rodríguez J., Pontt J., Silva C., et al. Large Current Rectifiers: State of the Art and Future Trends. – IEEE trans. on Industrial Electronics. 2005. V. 52. No 3. pp. 738-745.

4. Singh B., Gairola S., Singh B. N., et al. Multipulse AC–DC Converters for Improving Power Quality: A Review – IEEE trans. on Power Electronics. 2008, V. 23. No. 1. pp. 260-281.

5. Zhiheng M., Zheng X., Yujun L. Harmonic Analysis and Simulation of Multi -pulse Rectifiers Applied in Electrolysis Industry. 2014 IEEE Industry application society annual meeting, 2014, pp. 1 -5, doi: 10.1109/IAS.2014.6978498.

6. Badrzadeh D., Smith K., Wilson R. Designing passive harmonic filters for an aluminum smelting plant. – IEEE trans. on Industry Applications. 2011. V. 47. No 2. pp. 973-983.

7. Li X., Xu W., Ding T. Damped high passive filter – a new filtering scheme for multipulse rectifier systems. – IEEE trans. on Power Delivery. 2017. V. 32. No. 1. pp. 117-124.

8. Wang Y., Xu W. A Shared Resonance Damping Scheme for Multiple Switchable Capacitors. IEEE trans. on Power Delivery. 2018. V. 33. No.42. pp. 1973-1980.

9. Wang Y., Xu S., Xu W., Wu J., Xiao X. Comparative Studies on Design Methods for Detuned CType Filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2020. V. 35. No. 4. pp. 1725-1734.

10. Xu W., Ding T., Li X., Liang H. Resonance-Free Shunt Capacitors – Configurations, Design Methods and Comparative Analysis. IEEE trans. on Power Delivery. 2016. V. 31. No. 5. pp. 2287-2295.

11. Li X., Wang Y., Xu W. A new filtering scheme for HVDC terminals based on damped high-pass filter. – IEEE trans. on Power Delivery. 2019. V. 34. No 5. pp. 2050-2057.

12. Ding T., Xu W., Liang H. Design method for third-order High-pass filter. IEEE trans. on Power Delivery. 2016. V. 31. No 1. pp. 402-403.

13. Довгун В.П., Боярская Н.П., Егоров Д.Э., Синяговский А.Ф. Синтез широкополосных фильтров гармоник // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2014. № 5-6. С. 85-91.

14. Das J. Design and Application of a Second-Order High-Pass Damped Filter for 8000-hp ID Fan Drives – A Case Study. – IEEE trans. on Industry Applications. 2015. V. 51. No 2. pp. 1417-1426.

15. Довгун В.П., Егоров Д.Э., Новиков В.В., Звягинцев Е.С. Параметрический синтез широкополосных силовых фильтров. Электричество. 2018. № 12. С. 14-21.

16. Dovgun V.P., Egorov D.E., Prozorov N. R., Novikov V.V. Broadband Power Filters for Power Supply Systems with Multiphase Converters. Russian Electrical Engineering. 2020. V. 91. No. 5. pp. 330-334.