Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Кузнецов Н. М., Бебихов Ю. В., Самсонов А. В., Егоров А. Н., Семенов А. С.,

2.3. Применение активных фильтров для обеспечения качества электроэнергии

Активный фильтр высших гармоник тока (АФ) включается в сеть параллельно нагрузке генерирующей высшие гармоники тока. АФ содержит полупроводниковые ключевые элементы (например IGBT транзисторы) и работает по принципу генератора «антигармоник» тока для компенсации высших гармоник тока нелинейной нагрузки. АФ обладает автоматической настройкой для компенсации высших гармоник резкопеременных нагрузок. АФ полностью контролирует ток компенсации по принципу источника тока, что исключает вероятность возникновения резонансных явлений свойственных пассивным фильтрам. АФ также способен компенсировать реактивную мощность, причём при этом его номинальная мощность повышается, так как в этом случае ток АФ имеет меньший коэффициент формы (отношение пикового значения кривой тока к действующему значению). На стороне постоянного тока включается накопитель электроэнергии в виде батареи электролитических конденсаторов. Эта энергия нужна только для компенсации колебаний генерируемой мощности АФ, обусловленной колебательным характером мощности высших гармоник, поэтому величина энергоёмкости накопителя может быть небольшой. Это, вместе с компактными размерами силовых транзисторов обеспечивает небольшие габариты силовой части АФ. Система управления АФ строится на основе цифрового процессора и датчиков токов фаз АФ и напряжения сети.

Для снижения рабочего напряжения ключевых элементов, как правило, выбирается топология АФ, состоящая из последовательного включения модулей (рис. 2.28), при этом напряжение сети делится между модулями поровну. Это обусловлено тем, что рабочее (коммутируемое) напряжение IGBT транзистора, имеющего достаточно высокую частоту коммутации (1–2 кГц) ограничено примерно 1 кВ, а рабочее значение тока 1 кА. При этом каждая фаза АФ состоит их последовательного включения двух однофазных модулей. Включение осуществляется посредством однофазных[1] согласующих трансформаторов, так как все модули объединены на стороне постоянного тока. На стороне постоянного тока включается накопитель электроэнергии в виде батареи электролитических конденсаторов.

Рис. 2.28. Упрощённая структурная схема силовой части активного фильтра

Все модули идентичны, что упрощает сборку, наладку, ремонт и замену при эксплуатации. Возможно раздельная работа модулей на этапе начальной проверки работоспособности.

Частота модуляции напряжения на стороне переменного тока АФ (сторона сети) должна превышать 5 кГц по условию качества фильтрации высших гармоник сети. Также при повышении частоты модуляции снижаются паразитные высшие гармоники, вносимые АФ в сеть на частоте модуляции (5 кГц).

Благодаря последовательному включению модулей и использованию однофазных модулей, частота коммутации транзисторов модулей может быть в четыре раза ниже необходимой частоты модуляции напряжения АФ. Таким образом, частота коммутации составляет порядка 1250 Гц. Это позволяет использовать мощные IGBT транзисторы, имеющие низкую частоту коммутации.

На рис. 2.28 показана упрощённая структурная схема силовой части активного фильтра. Активный фильтр содержит шесть идентичных модулей, топология которого показана на рисунке справа.

На рис. 2.29 показано напряжение АФ (суммарное напряжение двух последовательно включённых трёхфазных модулей) и ток АФ. На рис. 2.30 показан спектральный состав тока.

Рис. 2.29. Напряжение и ток активного фильтра

Рис. 2.30. Ток АФ и его спектральный состав:
а – ток фильтра; б – амплитуда высших гармоник (in) тока фильтра

Сравнение пассивных и активных фильтров высших гармоник представлено в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Сравнение активных и пассивных фильтров