Сочинение на тему Стратегия моделирования и управления параллельными активными фильтрами для устранения гармоник

ПРЕДПОСЫЛКИ

Во всех аспектах современной жизни использование электрической энергии включает в себя силовую электронику и технологии микроэлектроники. Эти технологии значительно улучшили качество современной жизни, позволив внедрить современное энергоэффективное управляемое оборудование для промышленного и бытового применения. Примерами таких приложений являются приводы с регулируемой скоростью (ASD), источники бесперебойного питания (ИБП), компьютеры и их периферия, бытовая электроника и т. Д. Такие силовые электронные устройства предлагают экономичные и надежные решения для лучшего управления и контроля использования электрической энергии и являются неизбежными устройствами современной жизни. Например, ASD, широко используемые в приводных асинхронных двигателях и двигателях с постоянными магнитами благодаря высоким статическим и динамическим характеристикам, снижают энергопотребление (экономия 20-30%) и снижают уровни выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду при одновременном повышении производительности. Если учитывать около 65% промышленной электрической энергии, используемой в электродвигателях, то важность силовой электроники в повышении энергоэффективности становится более ясной. Хотя технология силовой электроники обеспечивает повышение эффективности использования энергии, она приводит к экономическим потерям, создавая проблемы с качеством электроэнергии в электрических распределительных системах. Следовательно, конфликт существует.

Будучи неизбежными частями промышленных и бытовых нагрузок, питаемых от электросети переменного тока, многие силовые электронные схемы, использующие современные полупроводниковые коммутационные устройства, представляют характеристики нелинейной нагрузки и получают несинусоидальные токи от электросети переменного тока, подающей синусоидальные напряжения. Эти силовые электронные устройства, которые вводят несинусоидальные (гармонические) токи в сеть переменного тока, становятся основными источниками загрязнения энергосистемы и приводят к проблемам с качеством электроэнергии в сети и влияют на чувствительные нагрузки. Гармоники, подаваемые в систему питания, вызывают искажения напряжения в линии в точке общей связи (PCC), где линейные и нелинейные нагрузки подключены. PCC определяется как ближайшая точка потребителя к энергосистеме, где (или может быть) поставлен другой потребитель коммунальных услуг, и точка, в которой оцениваются пределы гармоник. Следовательно, искажения напряжения на PCC, вызванные гармоническими токами нелинейных нагрузок, могут привести к неправильной работе или выходу из строя чувствительных к напряжению линейных и / или нелинейных нагрузок (таких как компьютеры и сопутствующее оборудование, медицинские инструменты и нагрузки, использующие информацию о фазовом угле напряжения питания и т. Д. .) подключен к тому же PCC.

Гармонические токи приводят не только к искажению напряжения на PCC, но также к увеличению среднеквадратичного значения и пикового значения тока линии, вызывая дополнительные потери, перегрев и перегрузку, иногда выход из строя оборудования энергосистемы, такого как конденсаторы, трансформаторы и двигатели, частое срабатывание выключателей и перегорание предохранителей. Кроме того, они также могут вызывать помехи в линиях связи, ошибки при измерении мощности и резонансы в распределительных системах, поэтому возникают проблемы с качеством электроэнергии.

НЕОБХОДИМОСТЬ ИЗУЧЕНИЯ

В последние пару десятилетий усиление загрязнения гармониками в энергосистемах привело к тому, что инженеры силовой электроники разработали высокопроизводительные решения проблем качества электроэнергии, создаваемых силовыми электронными цепями. Эта технологическая разработка проблем качества электроэнергии включает в себя активные фильтры. При различных успешных топологиях цепей и стратегиях управления активные фильтры способны не только компенсировать гармонический ток, но и реактивную мощность, ток обратной последовательности и ток нулевой последовательности (ток нулевой последовательности). Активные фильтры также используются для подавления гармоник напряжения и мерцания напряжения, регулирования напряжения на клеммах нагрузки, балансовых напряжений в энергосистеме и демпфирования резонансов. Активные фильтры могут быть параллельного (шунтирующего) типа, серийного типа и комбинации обоих в зависимости от типа нелинейных нагрузок и требуемых функциональных возможностей.

Параллельный активный фильтр (PAF) – это самая ранняя и наиболее признанная конфигурация активного фильтра в технической литературе, и она использовалась в практических приложениях. Из-за параллельного подключения к нагрузке он также называется шунтирующим фильтром. PAF управляется как источник тока и используется для подачи компенсационного тока в систему (к нагрузке), так что его ток нейтрализует гармонический ток, ток реактивной мощности и компоненты несбалансированного тока на стороне переменного тока нелинейного нагрузить. Когда он применяется к трехфазным четырехпроводным системам, PAF также имеет возможность компенсации нейтрального тока (тока нулевой последовательности). Следовательно, при применении PAF ток, потребляемый от сети, становится свободным от гармоник, сбалансирован и находится в фазе с напряжением в сети, а в нулевой последовательности в трехфазных четырехпроводных системах. Нелинейная нагрузка в приложении PAF представлена ​​для иллюстрации в качестве тиристорного выпрямителя общего назначения с индуктором постоянного тока. Фактически, PAF подходит и обычно используется для диодных / тиристорных выпрямителей с индукторами переменного и / или постоянного тока.

Такие нагрузки выпрямителя обычно составляют входные цепи таких систем, как ASD и UPS, которые ведут себя как нелинейные нагрузки генератора гармоник / источника (индуктивные нагрузки). PAF также обладает способностью демпфировать гармонический резонанс между существующим пассивным фильтром и импедансом питания. PAF может использоваться для однофазных нелинейных нагрузок.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

К проблемам гармонического загрязнения можно подходить двумя разными способами. Первый и наиболее благоприятный подход заключается в использовании соответствующих топологий цепей, чтобы гармоническое загрязнение не создавалось. Выпрямители с умножением фазы (12-импульсные выпрямители, 18-импульсные выпрямители и т. Д.) Для нелинейной нагрузки с большой потребляемой мощностью (несколько сотен кВт и выше), ШИМ-выпрямители для регенеративных применений ASD (обычно менее нескольких сотен кВт) и Бестрансформаторные ИБП-системы, использующие ШИМ-выпрямители, являются примерами приложений, использующих топологии схем, создающих низко-гармонический ток. В таких случаях либо небольшое искажение сохраняется и требует фильтрующего оборудования небольшой емкости, либо дополнительная фильтрация вообще не требуется.

Второй подход включает в себя фильтрацию, и этот подход используется в стандартных шестиимпульсных выпрямителях, которые имеют значительные гармонические искажения, выпрямители с умножением фазы для компенсации оставшихся доминирующих гармоник и других приложениях с нелинейной нагрузкой. Эти нагрузки составляют больший процент промышленных нагрузок и включают в себя номинальную мощность в диапазоне от нескольких кВт до нескольких МВт. Методы фильтрации гармоник обычно используются для уменьшения текущего THD, и фильтры, основанные на этих методах, подразделяются на три основные категории:

 
• Пассивные фильтры