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Sommaire

Introduction

La détérioration de la qualité d’énergie – c’est l'un des problèmes d’approvisionnement en énergie électrique moderne. En Russie, la qualité de l'énergie électrique dans les réseaux électriques à usage général est réglementé par le ГОСТ Р 54.149 à 2.010, qui détermine triez indices de qualité [1].

Aujourd'hui la pratique actuelle du réglage de la qualité de l’énergie électrique, est généralement limitée de deux indices : la déviation de la tension et de la fréquence. Avec cela, il n'a pas prêté attention à la réglementation des indices qui sont liés aux harmoniques supérieures de courant et de tension.

1. Actualité du problème

Les charges de la consommation industrielle grosse avec les caractéristiques voltampères non-linéaires qui forment les courants de la forme non-sinusoïdale sont les sources principales des harmoniques des distorsions en réseaux. Les sources d’impulsion d’alimentation, les commandes de moteurs à la vitesse règle de rotation, la charge d’éclairage sont les consommateurs du type mentionné  [4]. Mais ces dernières années, il y a eu une grande détérioration de la qualité de l'électricité dans les réseaux de distribution urbaine de 0,4 à 10 kV. Cela est expliqué par à une augmentation de la proportion d'utilisateurs commerciaux de charge et de charge non linéaires.

La détérioration de la qualité de l'électricité dans les réseaux de distribution urbains est typique pour la plupart des pays développés [6–9].

La détérioration de la qualité d’énergie électrique amène aux conséquences négatives graves. Voici ceux principales:

Si la part de la charge non-linéaire dépasse 15-20%, il faut utiliser un les dispositifs spéciales - filtres harmoniques passive, active et de puissance hybride. À l'heure actuelle, nous ne considérons que les filtres passifs des harmoniques.

Le filtre passif des d'harmoniques (FPH) est un circuit sélectif en fréquence, fournissant la suppression ou l'atténuation des harmoniques supérieures générées par la charge non linéaire. Les avantages principaux des filtres passifs sont leur simplicité et leur efficacité. Ils ne coûtent pas cher et demandent d'entretien régulé et ils puent être effectué simultanément la suppression des harmoniques et la correction du facteur de puissance. Grace à sa simplicité, l'efficacité et la fiabilité les filtres des harmoniques passifs sont le type le plus réparties des dispositifs de filtre.

2. Le but et les objectifs de l'étude

Le but de l’étude: optimisation des méthodes et des outils de gestion par la qualité dans les réseaux de distribution d' énergie électrique avec des niveaux élevés de charge non linéaire à l'aide des dispositifs de filtre, une comparaison de l'efficacité des DFC différents modèles et types.

Pour atteindre le but peux on a déclaré les problèmes suivantes :

  1. Analyse de la qualité de l'énergie dans les réseaux de distribution sous 0,4 kV.
  2. Etude des caractéristiques de compensation pour les structures de base de la rémunération des dispositifs de filtre, et la détermination de la configuration pour atténuer les harmoniques supérieures de courant et de tension générées par une charge non linéaire et par le réseau externe.
  3. Développement de méthodes et algorithmes pour le choix optimal de configuration de dispositif de filtre.
  4. Elaboration des filtres de puissance mathématique pour les modèles harmoniques.
  5. Simulation des caractéristiques statiques et dynamiques pour les dispositifs de puissance de filtre de compensation.

L'objet d'étude: les réseaux de distribution de 0,4 à 10 kV.

Sujet de la recherche: Méthodes et outils de gestion de la qualité dans les réseaux de distribution d'électricité.

Méthodes: dans l'exécution des travaux ont été utilisés des méthodes électriques théoriques de l'automatisation de la théorie de la gestion, le traitement du signal numérique adaptatif. Les études théoriques ont combinées aux des mesures qui sont effectuées avec des analyseurs sophistiqués de qualité de puissance et la simulation par ordinateur en utilisant des applications de package MATLAB.

Nouveauté scientifique:

Valeur théorique:

Valeur pratique:

3. Les origines de distorsion harmonique

Les sources de courants harmoniques sont des charges non linéaires connectées au réseau de distribution. Les courants harmoniques circulent sur un réseau ayant une impédance amènent aux harmoniques de tension et en conséquence à la distorsion de la tension d'alimentation.

Des exemples de charges non linéaires sont les suivantes:

En supposant que la charge génère des courants harmoniques sur le réseau de distribution à la direction de la source d'alimentation on peut construire le schéma de la circulation des courants de flux d'harmoniques sur ce réseau (figure 1).

Figure 1 – Circulation de courants harmoniques dans le réseau de distribution

Note: bien que ce régime certaines charges génèrent des courants harmoniques dans le réseau de distribution, d'autres charges peuvent absorber de tels courants.

Figure 1 – Circulation de courants harmoniques dans le réseau de distribution

où

  1. Alimentation électrique de réserve.
  2. Dispositif de compensation de facteur de puissance.
  3. Transformateur HT / BT.
  4. Total des harmoniques de courant et distorsion onde de tension.
  5. La distorsion harmonique, affectant le réseau de distribution et d'autres utilisateurs.
  6. Redresseur, four à arc, machine à souder.
  7. Dispositif d'entraînement.
  8. Les lampes fluorescentes et de décharge.
  9. Les appareils consomment courant redressé (téléviseurs, l'équipement informatique).
  10. Charge linéaire.
  11. Ne pas créer des harmoniques.

4. Filtrage des harmoniques

Les filtres d'harmoniques de force [4, 11, 12] les principaux moyens d'atténuation des harmoniques supérieures dans les systèmes d'approvisionnement sont la puissance. Sont, filtre passif d'harmoniques est un circuit sélectif en fréquence, fournissant la suppression ou l'atténuation des harmoniques supérieurs générés par la charge non linéaire. Les avantages principaux des filtres passifs sont leur simplicité et leur efficacité. Ils ne coûtent pas cher, ne nécessitent pas d'entretien régulier, peut effectuer la suppression simultanée des harmoniques et la correction du facteur de puissance. En général, le filtre à bande étroite est utilisée comme circuit résonnant série accordé pour résonner à une fréquence harmonique particulière. Pour survirer certaines harmoniques en utilise les filtres composés qui sont formés par la connexion en parallèle des certains contours oscillants. Chaque circuit est accordé à une des harmoniques (typiquement, 5, 7, 11 et 13). Pour la suppression simultanée de multiples harmoniques d'ordre élevé (n ≥ 10), il est conseillé d'utiliser un filtre à large bande.

Dans cet ouvrage, un algorithme du choix rapide et effectif du dispositif passif de filtre compensation est développé et sélectionner sous tension 0,4 kV. Nous avons basé sur la méthode décrite Zhezhelenko dans [4]. Dispositif de filtre compensateur pour cette méthode effectue les simultanément fonctions du compensatoeur de puissance réactive et du filtre d'harmoniques.

Schéma de l'algorithme de calcul et de schoix de PFC est illustré sur la figure 2.

Les résultats de la compensation des harmoniques sont présentés sur la figure 3.

Circuit de mesure est représenté sur la figure 4.

Figure 2 – L'algorithme de calcul et de choix de DFC

Figure 2 – L'algorithme de calcul et de choix de DFC

où

  1. Le début
  2. Entrez les paramètres du transformateur de catalogue.
  3. La composition de modèle Simulink.
  4. Calcul des paramètres manquants.
  5. Calcul de la résistance du circuit équivalent.
  6. Détermination des caractéristiques de fréquence.
  7. Réglage de la fréquence et de la puissance de la PCU.
  8. Le calcul de la tension non sinusoïdale résiduelle.
  9. Fin.

Figure 3 – Les formes de tension et le courant avant et après l'application de la DFC

Figure 3 – Les formes de tension et le courant avant et après l'application de la DFC
(animation: 4 cadres, 8 cycles, 235 kB)

Figure 4 – Le schema de mesure

Figure 4 – Le schema de mesure

Conclusions

L’ouvrage de ce maître est réalisé pour étudier les méthodes et les moyens d'améliorer la qualité d’énergie électrique par la compensation de la puissance réactive et le filtrage des harmoniques.

En écrivant cet abrégé l’ouvrage entier n’est pas encore terminé. La réalisation définitive : Juin 2017. Le texte intégral des travaux et des matériaux sur le sujet peut être obtenue auprès chez l'auteur après la date précité. Cette partie de l’abrégé est seulement d’horizon. D'autres travaux se concentreront sur l'étude expérimentale et la révision des résultats existants.

Références

  1. ГОСТ Р 54149–2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения
  2. ГОСТ 13109–97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения
  3. Fuller J. F., Fuchs E. F., Roesler D. J. Influence of harmonics on power distribution system protection. IEEE trans. on power delivery, Vol. 3 № 2, 1988, pp. 549–557
  4. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 4-е изд., М., Энергоатомиздат, 1994.
  5. Gruzs T. A. Survey of neutral currents in three-phase computer power system. IEEE trans. on industry applications. 1990, Vol. IA-26, No. 4, pp. 719–725
  6. Akagi H. Active harmonic filters. – Proceedings of the IEEE. Vol. 93, 2005, No. 12, pp. 2128–2141
  7. De Lima Tostes M., Bezerra U., Silva R. Impacts over distribution grid from the adoption of distributed harmonic filters on low-voltage customers. – IEEE transactions on power delivery, Vol. 20, No 1, 2005, pp. 384–389
  8. Hu C-H., Wu C-J., Chen Y-W. Survey of harmonic voltage and current at distribution substation in the northern Taiwan. IEEE trans. on Power delivery, Vol. 12, No. 3, 1997, pp. 1275–1281
  9. Pileggi D., Gulachenski E., Breen M. Distribution feeders with nonlinear loads in the northeast U.S.A. Economic evaluation of harmonic effects. IEEE transactions on power delivery, Vol. 11, No. 1, 1996, pp. 79–101
  10. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://ru.electricalinstallation.org/...
  11. Das, J. Passive filters – potentialities and limitations – IEEE trans. on industry applications, Vol. 40, No 1, January/February 2004, pp. 232–241.
  12. Phipps, J. A transfer function approach to harmonic filter design. IEEE industry application magazine, March/April 1997, pp. 68–82.