CC BY
3УДК 621.311 Демьянович А.А., Клименко Т.В.
Демьянович А.А.
магистрант, 2 курс электроэнергетический институт
Дальневосточный государственный университет путей сообщений
(г. Хабаровск, Россия)
Клименко Т.В.
студент, 2 курс электроэнергетический институт
Дальневосточный государственный университет путей сообщения
(г. Хабаровск, Россия)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АКТИВНОГО ФИЛЬТРА В ОБМОТКАХ ШУНТИРУЮЩЕГО РЕАКТОРА
ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК
Аннотация: в работе рассматривается метод компенсации высших гармоник в электрических сетях, вызванных нелинейностью сопротивления обмоток шунтирующих реакторов. Предлагается использование активного фильтра, с помощью которого будут создаваться компенсирующие гармоники, корректирующие нелинейные искажения. Описывается принцип работы данного метода, его преимущества и возможные влияние на улучшение качества электроэнергии и надежности энергетического оборудования.
Ключевые слова: шунтирующий реактор, нелинейное сопротивление, высшие гармоники, активный фильтр, компенсация.
Управляемые шунтирующие реакторы (УШР) широко применяются в электроэнергетических системах для регулирования напряжения и реактивной мощности. Однако нелинейность сопротивления обмоток таких реакторов приводит к возникновению высших гармоник, что негативно сказывается на качестве электроэнергии.
2147
Нелинейность сопротивления возникает вследствие следующих факторов:
1. Магнитное насыщение сердечника. В начальной стадии намагничивания сердечника магнитная индукция растет линейно с увеличением магнитного поля. В этот момент материал сердечника эффективно преобразует магнитное поле в магнитную индукцию, и индуктивность остается практически постоянной. Однако по мере увеличения магнитного поля, рост магнитной индукции начинает замедлятся. Это связано с тем, что все больше и больше доменов в материале сердечника выравниваются в направление магнитного поля. Когда практически все домены выровнены, дальнейшее увеличении магнитного поля не приводит к значительному росту магнитной индукции. Сердечник достигает состояния насыщения, где его индуктивность резко падает, так как материал больше не может эффективно увеличивать магнитный поток.
2. Гистерезисные потери. Гистерезис в магнитных материалах вызывает задержку между изменениями магнитного поля и магнитного потока. Это приводит к дополнительным потерям и нелинейному поведению индуктивности.
3. Вихревые токи. Переменное магнитное поле, пронизывающие материал сердечника, индуцирует в нем вихревые токи. Эти токи протекают перпендикулярно направлению переменного магнитного поля и создают собственные магнитные поля. Их возникновение приводит к нагреву сердечника, что в свою очередь усугубляет магнитное насыщение сердечника. Также создаваемое ими магнитное поле приводит к искажению основного магнитного поля что вызывает дополнительные гармонические искажения в системе. Для эффективного решения этих проблем предлагается использование активного фильтра.
Активные фильтры представляют собой устройства, предназначенные для улучшения качества электроэнергии за счет подавления гармонических искажений. В отличие от пассивных фильтров, используют резисторы, конденсаторы и индуктивности, активные фильтры включают в себя активные
2148
компоненты, такие ка операционные усилители и транзисторы, что позволяет им динамически реагировать на изменения в сети и эффективно компенсировать гармонические искажения.
Принцип работы:
1. Измерение сигнала. Сначала активный фильтр измеряет параметры электрической сети. Это позволит определить присутствие и уровень гармонических искажений.
2. Выделение гармоник. С помощью аналогового фильтра выделяется сигнал, соответствующий гармоническим искажениям.
3. Генерация компенсирующего сигнала. Выделенные гармонические искажения отправляются в инвертор, который генерирует компенсирующие сигналы той же частоты, но противоположной по фазе.
4. Корректировка амплитуды и фаз. Полученный сигнал проходит через пропорциональный регулятор (П-регулятор), который корректирует амплитуду и фазу сигнала для наиболее эффективного подавления гармоник.
5. Возврат корректирующего тока. Обработанный сигнал направляется обратно в обмотки шунтирующего реактора, где он компенсирует гармонические искажения, тем самым снижая их влияние на сеть.
На рисунке 1 представлена структурная схема решения.
Рисунок 1. Структурная схема.
2149
Преимуществом предложенного метода является:
1. Активный фильтр динамически реагирует на присутствие гармонических искажений, эффективно подавляя широкий спектр гармоник.
2. Настройки активного фильтра могут быть легко изменены для адаптации к различным условия сети и уровням гармонических искажений, что обеспечивает его универсальность.
3. Улучшение качества электроэнергии, что важно для стабильной работы чувствительного оборудования и снижения электромагнитных помех.
4. Уменьшение нагрева обмоток и сердечника.
5. Уменьшение износа компонентов системы.
6. Снижение электромагнитных помех.
7. Снижение потерь энергии, за счет уменьшения гармонических искажений.
Предложенный метод использования активного фильтра для подавления высших гармоник представляет собой эффективное решение проблеме гармонических искажений в энергетических системах. Реализация данного решения позволит улучшить качество электроэнергии и повысить надежность работы оборудования, что делает его перспективным для широкого применения в электроэнергетике.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. В.С. Щербаков, А.А. Руппель, В.А. Глушец Основы моделирования систем автматического регулирования и электротехнических систем в среде Matlab и БтиПпк - М.: СибАДИ, 2003. - 160 с;
2. А.М. Половко, П.Н. Бутусов. МЛТЬЛБ для студента Санкт-Петербург БХВ-Петербург 2005 320 с;
2150
3. П.Г. Михайлова, А.Ф. Егоров Моделирование систем автоматического управления с использованием программной среды MATLAB/Simulink- М.: ЮФУ, 2017;
4. Фон Вангенхайм Лутц, пер. Зазаева Т.Н. Активные фильтры и генераторы - М: Техносфера, 2010
Demyanovich A.A., Klimenko T. V.
Demyanovich A.A.
Far Eastern State Transport University (Khabarovsk, Russia)
Klimenko T.V.
Far Eastern State Transport University (Khabarovsk, Russia)
USING AN ACTIVE FILTER IN WINDINGS OF SHUNT REACTOR TO SUPPRESS HIGHER HARMONICS
Abstract: the paper discusses a method for compensating higher harmonics in electrical networks caused by nonlinearity of the resistance of the windings of shunt reactors. It is proposed to use an active filter, with the help of which compensating harmonics will be created that correct nonlinear distortions. The operating principle of this method, its advantages and possible impact on improving the quality of electricity and the reliability ofpower equipment are described.
Keywords: shunt reactor, nonlinear resistance, higher harmonics, active filter, compensation.
2151
