Аннотация
Упрощенная методика расчета высших гармоник в системах электроснабжения промышленных предприятий.
Методические указания
Необходимость учета активных сопротивлений и емкостных проводимостей элементов систем электроснабжения, распределенности параметров кабельных и воздушных линий, влияния вытеснения тока в проводниках на активное и индуктивное сопротивления элементов значительно усложняет анализ уровней высших гармоник[2]. В связи с этим решение данной задачи в полной мере возможно лишь при автоматизации расчетов. В то же время в ряду случаев возникает необходимость приближенной оценки уровней высших гармоник в электрических сетях. Такая оценка с учетом ряда допущений может быть выполнена с помощью простейших вычислительных средств. Ниже приводится методика расчета уровней высших гармоник в электрических сетях, позволяющая произвести определение коэффициентов несинусоидальности напряжения с погрешностью, не превышающей 25%[1]. Методика предназначена для оценки уровней высших гармоник, обусловленных работой вентильных преобразователей.
При расчетах активными сопротивлениями элементов систем электро-снабжения пренебрегают, а коэффициенты Кх, учитывающие влияние вытеснение тока в проводниках на индуктивные сопротивления элементов, на рассматриваемом диапазоне частот считаются неизменными.
Расчет производится для канонических гармоник (n = 5; 7; 11; 13; 17; 19…). Если в системе электроснабжения имеются преобразователи только с 6-фазной схемой выпрямления, то производится вычисление амплитуд гармоник не менее чем до 19 порядка включительно. При наличии преобразователей с 12-фазными схемами выпрямления или при применении 12-фазного эквивалентного режима работы вентильных агрегатов необходимо определять уровни гармоник не менее чем до 25 порядка. Канонические гармоники более высоких порядков и анормальные учитываются при расчетах коэффициентов несинусоидальности кривой напряжения с помощью поправочных коэффициентов.
Расчет установившегося режима высших гармоник
Для анализа уровней высших гармоник необходимо иметь схему элек-троснабжения промышленного предприятия, сведения о параметрах и режимах работы пассивных (с точки зрения генерации высших гармоник) элементов систем электроснабжения, сведения о режимах работы и параметрах вентильных преобразователей. Расчет установившегося режима высших гармоник производят в следующем порядке:
- Составляют схему замещения системы электроснабжения для токов высших гармоник. Схема замещения составляется на одну фазу и имеет нейтраль, к которой присоединяются нулевые точки схем замещения генераторов, обобщенных нагрузок, двигателей, батарей конденсаторов и емкостных проводимостей кабельных и воздушных линий напряжением выше 1000 В. Емкостными проводимостями кабелей напряжением до 1000 В в схемах замещения пренебрегают. Емкости кабелей напряжением выше 1000 В учитывают при расчетах режимов гармоник порядков n>20[3].
- Производят расчет параметров схем замещения элементов систем электро-снабжения по выражениям. Количество гармоник, для которых рассчитываются параметры схем замещения, определяются в соответствии с данными выше рекомендациями.
- Рассчитывают спектральный состав первичных токов вентильных преобразователей. Определяется период времени Т, соответствующий наибольшей суммарной вентильной нагрузке.
Рисунок 1 – Схема замещения элементов системы электроснабжения для токов высших гармоник: а – силовой трансформатор, реактор, ЛЭП; б – синхронная машина, асинхронный двигатель; в – кабельные линии; г – сдвоенный реактор; д – эл. система
Для выбранных периода времени Т и интервала осреднения нагрузки находят средние нагрузки преобразователей, которые и принимают в качестве расчетных. По формулам определяют амплитуды и фазы первичных токов нереверсивных преобразователей:
Определяют коэффициенты несинусоидальности напряжений в узлах схемы замещения. Для каждой из рассматриваемых гармоник, используя принцип наложения и известные методы расчета линейных электрических цепей, производится расчет амплитуд гармоник напряжения в узлах схемы замещения. По результатам расчетов действующих значений гармоник напряжения в узлах определяют коэффициенты несинусоидальности напряжения:
Коэффициент К1, учитывающий влияние на КНС гармоник порядков выше n2, равен 1,15 при n2=19 и 1,10 при n2=25. Коэффициент К2, учитывающий влияние на КНС анормальных гармоник, равен 1,0 для трехфазных мостовых схем выпрямления[4].
Формулы для расчета сопротивлений элементов систем электроснабжения для токов высших гармоник
