Стартовая >> Книги >> Разное >> Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях

Методика определения коэффициента искажения синусоидальности кривых фазных напряжений - Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях

Оглавление
Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях
Введение
Причины образования высших гармоник в сетях низкого напряжения
Влияние высших гармоник на различные виды электрооборудования
Электромагнитная совместимость
Моделирование нелинейных нагрузок
Моделирование и расчет токов и напряжений сетей НН с нелинейными нагрузками
Модели низковольтных сетей, в которых нелинейные нагрузки задаются источниками токов
Анализ зависимостей высших гармоник тока и напряжения с помощью традиционных моделей
Математическая модель электрической сети здания
Методология определения параметров схемы замещения сети
Расчет несинусоидальности токов и напряжений в сетях общественных зданий
Анализ несинусоидальности напряжений с помощью схем замещения с источниками токов высших гармоник
Метод оценки влияния потерь напряжения в линиях на значение несинусоидальности
Анализ влияния параметров нагрузки и сети
Влияние мощности и схемы соединения обмоток трансформатора
Моделирование и анализ влияния параметров нагрузочных режимов
Анализ несимметрии нелинейных электроприемников
Методика определения коэффициента искажения синусоидальности кривых фазных напряжений
Средства снижения уровня высших гармоник
Синтез схем корректирующих устройств для трехфазных четырехпроводных сетей
Моделирование фильтрации высших гармоник
Анализ эффективности фильтрации с использованием фильтров токов гармоник нулевой последовательности
Применение средств обеспечения электромагнитной совместимости
Построение систем электропитания с улучшенной электромагнитной совместимостью
Организация искусственного нулевого провода
Технические средства защиты от электромагнитных помех в сетях собственных нужд
Заключение
Список литературы

На рис. 4.11 приведена эквивалентная схема замещения, описав которую можно построить математические модели нагрузочных узлов подключения электроприемников (розеток) групповой сети. Здесь R, L — суммарные (фаза — нуль) активное сопротивление и индуктивность соответствующего участка линии групповой сети; iH, LH — активное сопротивление и индуктивность линейной составляющей нагрузки соответствующей группы электроприемников; Н — нелинейная составляющая нагрузки соответствующей группы электроприемников.


Рис. 4.11. Эквивалентная схема замещения нагрузочного узла подключения электроприемников групповой сети
Система дифференциальных уравнений, описывающих линейную часть данной схемы замещения, имеет следующий вид:


(4.2)
где и(а,b,c) — мгновенное значение фазного напряжения на РЩ (для ближней относительно РЩ розетки групповой сети) или в ближней относительно РЩ розетке (для более удаленной розетки) соответственно; — мгновенное значение тока в головном участке линии групповой сети или в любом другом участке линии в соответствии с рассматриваемыми случаями; Iн — мгновенное значение тока линейной составляющей нагрузки соответствующей группы электроприемников; ин — мгновенное значение фазного напряжения в соответствующих нагрузочных узлах групповой сети.

Отметим, что представленные схемы замещения и описывающие их уравнения очевидны; новизна же разработанных моделей определяется принципами их построения с учетом предложенных основных положений формирования искажения синусоидальности кривых напряжений в нагрузочных узлах, а также метода эквивалентирования нелинейных нагрузок и построения эквивалентных схем замещения сети НН. Нетрудно понять, что результаты расчета мгновенных значений фазных напряжений с помощью рассмотренных моделей нагрузочных узлов несколько неточны по сравнению с соответствующими результатами расчета с помощью математической модели низковольтной сети, учитывающей параметры упомянутых выше основных элементов электрической сети здания. Погрешность в расчетах возникает из-за эквивалентирования всей нагрузки здания, стояка или группы электроприемников в одном узле ГРЩ, РЩ или розетки соответственно. При таком эквивалентирования необходимо рассчитать суммарную мощность нагрузки рассматриваемого узла (с разделением линейной и нелинейной составляющей) и определить ее характерные параметры (R,L,C) для учета в схеме замещения, пренебрегая при этом продольными сопротивлениями соответствующих элементов внутренней сети здания (в соответствии с основными положениями метода эквивалентирования нелинейных нагрузок).
Проведенный анализ показывает, что относительная погрешность при определении несинусоидальности фазных напряжений с помощью математических моделей нагрузочных узлов составляет 1—2 %. С одной стороны, такая погрешность не является большой с точки зрения разработки методик определения несинусоидальности напряжений в характерных узлах сети НН. С другой стороны, очевидным преимуществом математических моделей узлов является их простота, что позволяет легко перейти от анализа приведенных выражений к разработке упомянутых методик.

 Проанализировав любое из трех последних уравнений системы (4.1) и второе уравнение системы (4.2), можно сделать вывод, что мгновенное значение фазного напряжения в любом нагрузочном узле низковольтной сети определяется сопротивлением и мгновенным значением тока линейной составляющей соответствующей нагрузки.
Иными словами, значение несинусоидальности фазного напряжения в нагрузочных узлах сетей НН можно определить по значению несинусоидальности тока любого линейного электроприемника, включенного на фазное напряжение в рассматриваемом узле. Тогда с учетом зависимостей высших гармоник интересующих нас токов от конкретных параметров элементов сети и нагрузки, полученных в результате расчета с помощью точной математической модели, данное обстоятельство можно использовать для разработки методики определения несинусоидальности фазных напряжений в сетях НН.
Запишем выражение для несинусоидального тока линейной составляющей нагрузки произвольного узла в виде

где- амплитуды синусной и косинусной составляю
щей n-Й гармоники тока. Тогда фазное напряжение соответствующего нагрузочного узла сети НН с учетом

где R u L — активное сопротивление и индуктивность линейной составляющей нагрузки рассматриваемого узла; U и U(n) —
амплитуды синусной и косинусной составляющей n-й гармоники фазного напряжения.
В результате амплитуду n-й гармоники фазного напряжения запишем так;  
где Z(n), Im(n) — модуль сопротивления и амплитуда тока n-й гармоники линейной составляющей нагрузки рассматриваемого узла.
Продолжим преобразования, для простоты оперируя действующими значениями токов и напряжений:

Здесь Z(1), U(1) — модуль сопротивления, действующие значения тока и напряжения первой гармоники линейной составляющей нагрузки; cosφ — интегральный коэффициент мощности линейных электроприемников рассматриваемого узла.
Разделив левую и правую часть на U(1) и обозначив
получим
(4.3)
где Кu(n) и К(п) — коэффициенты n-й гармонической составляющей напряжения и тока линейной составляющей нагрузки рассматриваемого узла.
Таким образом, зная для конкретного нагрузочного режима значение cosφ и К1(п) можно определить коэффициент искажения синусоидальности кривой фазного напряжения любого нагрузочного узла:

Ранее было показано, что значение К(п) сети НН с конкретными параметрами зависит только от доли нелинейной нагрузки а. Причем характер этих зависимостей весьма сложный, а закон изменения К(n) в зависимости от а различается для разных гармоник. Используя результаты расчета К(п) с помощью точной математической модели, можно путем аппроксимации упростить указанные зависимости и выразить К,(п) через а.

Наиболее удобной представляется аппроксимация кривых отрезками прямых линий. При этом, с одной стороны, легче описать закон изменения линейных функций, а с другой — достигается достаточная для инженерных расчетов точность. Это позволило использовать выражение (4.3) для определения Ки(n) по известным проектным нагрузочным параметрам cosφ и а. Причем результаты расчета во всех вариантах не отличались от соответствующих результатов, полученных с помощью точной методики, более чем на 5 %.
С учетом изложенного выше в работе [45] предложена методика определения Κu характерных нагрузочных узлов электрической сети здания. При этом исходной является информация о наполнении помещений здания электроприемниками, очередности и типе их подключения (непосредственно к ГРЩ, РЩ или через розетки) и характеристика электроприемников (удельные параметры, единичная мощность, cosφ и т.д.).

Для определения Ки ГРЩ необходимо предварительно определить следующие параметры.

  1. Интегральный коэффициент мощности линейных электроприемников, подключенных к ГРЩ:


где Ргрщ и Sрщ — суммарная активная и полная мощность линейных электроприемников, подключенных к ГРЩ.

  1. Коэффициент, определяющий соотношение между Ки(п) и Кщ линейной составляющей нагрузки ГРЩ:

  1. Доля нелинейной нагрузки ГРЩ:


где Р -активная мощность нелинейной составляющей нагрузки и суммарная активная мощность нагрузки ГРЩ.

  1. Коэффициент третьей гармоники тока линейной составляющей нагрузки ГРЩ, %:

  1. Коэффициент пятой гармоники тока линейной составляющей нагрузки ГРЩ, %:

  1. Коэффициент седьмой гармоники тока линейной составляющей нагрузки ГРЩ, %:

  1. Коэффициент девятой гармоники тока линейной составляющей нагрузки ГРЩ, %:

  1. Коэффициент п-й гармоники напряжения ГРЩ:


В результате проведенных расчетов можно определить

При этом коэффициент перед радикалом вводится для компенсации погрешности от неучета токов гармоник с n^9.
Следует отметить, что Κu нагрузочных узлов РЩ и розеток групповой сети определяются аналогично. Различаться будут только выражения для определения К(п).

  1. Коэффициент третьей гармоники тока линейной составляющей нагрузки РЩ и розетки соответственно, %:


Р и Р — активная мощность нелинейной составляющей нагрузки и суммарная активная мощность нагрузки РЩ и розетки соответственно).

  1. Коэффициент пятой гармоники тока линейной составляющей нагрузки РЩ и розетки соответственно, %:

  1. Коэффициент седьмой гармоники тока линейной составляющей нагрузки РЩ и розетки соответственно, %:

  1. Коэффициент девятой гармоники тока линейной составляющей нагрузки РЩ и розетки соответственно, %:


Следует отметить, что данная методика применима для низковольтных сетей с трансформатором, обмотки которого соединены по схеме звезда—звезда с нулем, а также с соответствующими кабельными внешними и внутренними питающими линиями. При этом трансформатор должен быть загружен на 100 % своей мощности. В случае необходимости определения Κu в сети НН иного исполнения или в другом нагрузочном режиме необходимо вносить в данную методику изменения с учетом результатов, которые были получены в предыдущих параграфах. Предложенную методику можно использовать как на этапе проектирования, так и во время эксплуатации электрической сети жилого или общественного здания. В этом случае специалисты любого профиля и квалификации могут легко определить значение несинусоидальности фазных напряжений, не используя специальных средств измерения, а также точных физических и математических моделей проектируемых или эксплуатируемых.



 
« Ведение оперативной документации на подстанциях   Защита шин 6-10 кВ »
электрические сети