Влияние высших гармоник на системы автоматики

6.5. Влияние высших гармоник на системы автоматики

Воздействие высших гармоник на системы импульсно-фазового управления вентильными преобразователями может привести к воз-никновению так называемой гармонической неустойчивости. Явление гармонической неустойчивости состоит в появлении на шинах многофазного преобразователя большого напряжения четной гармоники или гармоники, кратной трем; при этом в кривой напряжения сети появляются также другие гармоники четных порядков и кратные трем, однако меньшие по величине. Искажения кривой напряжения сети могут быть столь большими, что в инверторном режиме преобразователя появятся нарушения коммутации; при этом работа системы импульсно-фазового управления также может оказаться неустойчивой.

Гармоническая неустойчивость может возникнуть при подключении преобразователя к электрической системе, мощность короткого замыкания которой соизмерима с мощностью преобразователя, в случае, если имеются другие источники гармоник (например, силовые трансформаторы). Основной причиной появления гармонической неустойчивости является асимметрия управляющих импульсов, неизбежная в реальных системах импульсно-фазового управления. Следствием этой асимметрии является появление в спектре тока преобразователя четных гармоник и гармоник, кратным трем; усиление их при наличии указанных выше условий и приводят к гармонической неустойчивости.

Повышение напряжения на частоте какой-либо гармоники существенно ограничивается при использовании заградительных фильтров в системах импульсно-фазового управления.

Возникновение гармонической неустойчивости исключается при соблюдении условия

, (6.1)

где x_к — сопротивление короткого замыкания питающей энергосистемы на шинах преобразователя; I_dн — номинальный выпрямленный ток преобразователя; U—линейное напряжение сети.

Для преобразователей ПМ СС-3:

;

На входе систем импульсно-фазового управления подключаются фильтры, благодаря чему усиление четных гармоник и гармоник, кратных трем, практически не имеет места.

В некоторых энергосистемах были зафиксированы случаи неверной работы блокировок от качаний, причиной которых были высшие гармоники тока, в частности пятая гармоника. Наблюдались также случаи ложной работы устройств релейной защиты, в которых использовались фильтры токов обратной последовательности, из-за наличия токов высших гармоник, которые образуют систему обратной последовательности. Влияние высших гармоник на работу релейной защиты проявляется при уровне гармоник а токе нагрузки линии порядка 5—7%.

Высшие гармоники тока и напряжения в сети ухудшают работу телемеханических устройств и даже вызывают сбои, если силовые цепи используются в качестве каналов связи между полукомплектами диспетчерского и контролируемого пунктов. Затрудняется использование простой и дешевой системы циркуляторного телеуправления по линиям распределительных сетей с использованием четных гармоник.

Составим уравнение баланса реактивной мощности

, (6.2)

где  - реактивная мощность подлежащая компенсации

 - потери реактивной мощности

;

;

;

.

Дополнительные потери активной мощности в ВЛ от передачи реактивной

;

6.7. Расчет компенсации реактивной мощности с учетом подключения силовых резонансных фильтров

При комплексном подходе к решению проблемы качества электроэнергии в сетях с нелинейными нагрузками применим многофункциональные устройства - силовые резонансные фильтры (СРФ) высших гармоник, которые наряду со снижением уровней высших гармоник генерируют в питающую сеть реактивную мощность.

По номограммам рис.8.2.[2] определим возможность подключения вентильной нагрузки исходя из допустимого уровня коэффициента несинусоидальности.

Для подъемных машин СС-3:

;

Из данного соотношения следует, что при данной мощности нелинейной (вентильной) нагрузки в сеть будут выдаваться высшие гармоники недопустимого уровня и подключение батарей конденсаторов к шинам ГПП-33 приведет к выходу последних из строя.

Для более точных данных о значении коэффициента несинусоидальности воспользуемся данными из литературы [5].

Проведенное исследование показателей качества электрической энергии в узлах нагрузки с тиристорными преобразователями показало:

Таблица 6.1.

Показатели качества электрической энергии.

На обеих подъемных машинах Кнс>5%.

Наметим к установке СРФ на каждую подъемную машину.

Для подъемных машин КС-3:

;

По номограммам рис.8.2.[4] определить возможность подключения вентильной нагрузки исходя из допустимого уровня коэффициента несинусоидальности затруднительно, т.к. полученная точка находится на границе зоны недопустимости установки БК.

Для более точной оценки воспользуемся формулой:

, (6.3)

где , (6.4)

Кр=4 при двенадцати пульсной схеме выпрямления

Кр=0 при шести пульсной схеме выпрямления

Для большой подьемной машины:

;

%.

Для малой подьемной машины:

;

%.

СС-3:

Реактивная нагрузка группы преобразователей

;

Допустимое значение реактивной нагрузки группы преобразователей

;

Реактивная мощность группы преобразователей подлежащая компенсации

;