Problematyka jakości energii

elektrycznej w sieciach n.n

Dr inż. Adam Penczek

[e-mail]

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych

PRZEBIEG PREZENTACJI



Wprowadzenie



Jakość energii elektrycznej w sieciach jednofazowych



Metody poprawy jakości e.e



Filtracji aktywna - idea

Podstawowe wskażniki

I

U

S

[VA] – moc pozorna

cos

I

U

P

[W] – moc czynna

sin

I

U

Q

[VAr] – moc bierna

1

cos

DPF

- Displacement power factor

DPF

I

I

S

P

PF

s

s1

- Power Factor

Jakość energii elektrycznej

–

opis w dziedzinie

częstotliwości

1

2

1

2

s

s

s

I

I

I

THD

Total Harmonic Distortion

s

peak

s

I

I

Factor

Crest

,

_

Współczynnik kształtu (I

s

Jakość energii elektrycznej

–

opis w dziedzinie czasy

Definicja prądów wg

S.Fryzego:

q

p

i

i

i

składowa aktywna

odpowiedzialna za

przekaz energii ze źródła

do obciążenia

składowa nieaktywna

nie uczestniczy w przekazie

energii ze źródła do

obciążenia

Definicja prądów wg

S.Fryzego:

q

p

i

i

i

składowa aktywna

odpowiedzialna za

przekaz energii ze źródła

do obciążenia

składowa nieaktywna

nie uczestniczy w przekazie

energii ze źródła do

obciążenia

URZĄDZENIA ENERGOELEKTRONICZNE JAKO JEDNA

Z PRZYCZYN POGORSZENIA JAKOŚCI ENERGII

URZĄDZENIE ENERGOELEKTRONICZNE

• układy napędowe,
• trakcja elektryczna

Urządzenia trójfazowe

dużej i średniej mocy

Odbiorniki jednofazowe

małej mocy

Typowy zasilacz wykorzystywany w sprzęcie AGD RTV

NEGATYWNE ODDZIAŁYWANIE NA SYSTEM

ELEKTROENERGETYCZNY

ODDZIAŁYWANIE:

•

generowanie harmonicznych prądu,

•

pobór mocy biernej indukcyjnej,

(związanej z przesunięciem podstawowej składowej prądu w stosunku do napięcia)

•

generowanie składowych prądu wysokiej częstotliwości

SKUTKI :

• odkształcenia napięcia zasilania

(w wyniku spadków powodowanych przepływem składowych wyższych harmonicznych prądu)

• zwiększenie wartości skutecznej prądu,

• straty mocy czynnej,

(wywołane przepływem nieaktywnej składowej prądu przez system elektroenergetyczny)

• zmniejszenie wartości skutecznej podstawowej harmonicznej napięcia,

(spowodowanej przez spadek napięcia wywołany przepływem podstawowej harmonicznej

prądu biernego)

• niesymetria

SPOSOBY POPRAWY JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

POPRAWA JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZENEJ

- energetyczne filtry pasywne LC,
- baterie kondensatorów,
- nadążne kompensatory FC TCR,
- maszyny synchroniczne,
- kompensatory STATCOM

-

energetyczne filtry aktywne

METODA1

Konstruowanie odbiorników

w ten sposób aby od strony

źródła były „postrzegane” jak

obciążenie rezystancyjne

METODA2

Stosowanie urządzeń

mających na celu poprawę

jakości energii elektrycznej

- zasilacze z sinusoidalnym

prądem źródła

METODA1

– redukcja odkształceń poprzez

zastosowanie filtru LC

METODA 1

– układy PFC

METODA 2 – Stosowanie urządzeń

kompensujących

- energetyczne filtry pasywne LC,
- baterie kondensatorów,
- nadążne kompensatory FC TCR,
- maszyny synchroniczne,
- kompensatory STATCOM

-

energetyczne filtry aktywne

METODA 2 – Stosowanie urządzeń

kompensujących

Definicja prądów wg

S.Fryzego:

q

p

i

i

i

składowa aktywna

odpowiedzialna za

przekaz energii ze źródła

do obciążenia

składowa nieaktywna

nie uczestniczy w przekazie

energii ze źródła do

obciążenia

składowa
aktywna

składowa
nieaktywna

i

S

i

Lq

FILTR

AKTYWNY

i

Lp

ODBIORNIK

NIELINIOWY

Definicja prądów wg

S.Fryzego:

q

p

i

i

i

składowa aktywna

odpowiedzialna za

przekaz energii ze źródła

do obciążenia

składowa nieaktywna

nie uczestniczy w przekazie

energii ze źródła do

obciążenia

ZASADA DZIAŁANIA FILTRU AKTYWNEGO

Fq

Lq

i

i

Filtr aktywny ma za zadanie wygenerowanie

składowej nieaktywnej prądu, równej co do

wartości lecz o przeciwnym znaku niż

składowa nieaktywna prądu obciążenia

W efekcie działania FA prąd źródła powinien

być sinusoidalny i współfazowy z napięciem

składowa
aktywna

składowa
nieaktywna

i

S

i

Lq

i

Fq

FILTR

AKTYWNY

i

Lp

i

Fp

ODBIORNIK

NIELINIOWY

Podłączenie równoległego FA do systemu

i(t)

NONLINEAR
LOADS

-

i

zadawany

X

RU

RI

-

U

0

APF

PCC

(Poin of Common

Coupling)

REALIZACJA JEDNOFAZOWEGO FILTRU AKTYWNEGO

T3

L

F

T1

T2

T4

u

d

i

d

u

d

u

s

C

Obciążenie

DC

i

F

L

S

Obciążenie

AC

Możliwość generowania prądów nieaktywnych wynika z tego, że

przekształtnik można traktować jako falownik zasilany napięciem stałym

z własnego kondensatora, śledzący za wzorcem prądu nieaktywnego

Generowanie prądów nieaktywnych nie powoduje rozładowania

kondensatora, gdyż z prądami tymi związana jest zerowa moc

KSZTAŁTOWANIE PRZEBIEGU PRĄDU FALOWNIKA

metoda bipolarna

(łączniki są przełączane parami
T1-T4, T2-T3)

+

T1

T3

T2

T4

U

d

u

s

(t)

T1

T3

T2

T4

U

d

u

s

(t)

T1

T3

T2

T4

U

d

u

s

(t)

T1

T3

T2

T4

+

U

d

u

s

(t)

T1

T3

T2

T4

U

d

u

s

(t)

T1

T3

T2

T4

+

U

d

u

s

(t)

+

T1

T3

T2

T4

U

d

u

s

(t)

T1

T3

T2

T4

U

d

u

s

(t)

metoda unipolarna

(dodatnia pochodna prądu

jest wywoływana zwarciem źródła

przez indukcyjność filtru)

KLASYFIKACJA ZE WZGLĘDU NA STRATEGIE

STEROWANIA PFA

składowa nieaktywna

prądu obciążenia

Otwarty

układ kompensacji

Zamknięty

układ kompensacji

i(t)

ODBIORNIK
NIELINIOWY

-

i

zadawany

RU

RI

FGP,

FFT

Sygnał referencyjny (wzorcowy)

i(t)

ODBIORNIK
NIELINIOWY

-

i

zadawany

X

RU

RI

-

U

0

składowa aktywna

prądu źródła

PFA

PFA

JAK KOMPENSOWAĆ ?

2ms

a)

4A

u

L

i

L

2ms

b)

4A

u

L

i

L

PRZYKŁADOWE PRZEBIEGI UZYSKANE

W TRAKCIE BADAŃ SYMULACYJNYCH

=90

0

i

s

R

L

i

f

PFA

i

obc

20m

60m

100m

140m

180m

0

t [s]

0

0

10A

650V

700V

600V

i

s

u

s

u

d

i

obc

i

f

R=1

15

L

s

u

s

~

i

f

20m

60m

100m

140m

180m

0

t [s]

0

0

10A

650V

700V

600V

i

s

u

s

u

d

i

obc

i

f

PFA

JEDNOFAZOWY PROSTOWNIK-FILTR AKTYWNY

DODATKOWE ZASTOSOWANIE



Kompensatora gwałtownych wahań mocy czynnej

(spawarki, zgrzewarki)



Prostownika z sinusoidalnym prądem źródła



Układu bezprzerwowego zasilania (UPS)

(zastosowanie dodatkowego, źródła napięcia stałego

w postaci baterii akumulatorów)

Oprócz kompensacji składowej nieaktywnej prądu

opisywany przekształtnik może pełnić funkcję:

Literatura

[1] MOHAN, UNDELAND, ROBINS

„POWER ELECTRONICS”

[2] H. RASHID „POWER ELECTRONICS

HANDBOOK”

[3] S.PIRÓG „ENERGOELEKTRONIKA –

układy o komutacji sieciowej i o komutacji
twardej”

Dziękuję z uwagę