AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych
Problematyka jakości energii
elektrycznej w sieciach n.n
Dr inż. Adam Penczek
[e-mail]
PRZEBIEG PREZENTACJI
ĆðWprowadzenie
ĆðJakość energii elektrycznej w sieciach jednofazowych
ĆðMetody poprawy jakoÅ›ci e.e
ĆðFiltracji aktywna - idea
Podstawowe wskażniki
S U I [VA]  moc pozorna
P U I cos
[W]  moc czynna
[VAr]  moc bierna
Q U I sin
DPF cos
- Displacement power factor
1
P Is1
PF DPF - Power Factor
S Is
Jakość energii elektrycznej  opis w dziedzinie
częstotliwości
Total Harmonic Distortion
2 2
Is Is1
THD
Is1
Współczynnik kształtu (Is
Is, peak
Crest _ Factor
Is
Jakość energii elektrycznej  opis w dziedzinie czasy
Definicja prądów wg
Definicja prądów wg
S.Fryzego:
S.Fryzego:
i ip iq
i ip iq
składowa aktywna
składowa aktywna
składowa nieaktywna
składowa nieaktywna
odpowiedzialna za
odpowiedzialna za
nie uczestniczy w przekazie
nie uczestniczy w przekazie
przekaz energii ze z
ródła
przekaz energii ze z
ródła
energii ze z
ródła do
energii ze z
ródła do
do obciążenia
do obciążenia
obciążenia
obciążenia
URZ
DZENIA ENERGOELEKTRONICZNE JAKO JEDNA
Z PRZYCZYN POGORSZENIA JAKOÅšCI ENERGII
URZ
DZENIE ENERGOELEKTRONICZNE
Odbiorniki jednofazowe
Urządzenia trójfazowe
małej mocy
dużej i średniej mocy
" układy napędowe,
" trakcja elektryczna
Typowy zasilacz wykorzystywany w sprzęcie AGD RTV
NEGATYWNE ODDZIAA
YWANIE NA SYSTEM
ELEKTROENERGETYCZNY
ODDZIAA
YWANIE:
" pobór mocy biernej indukcyjnej,
(związanej z przesunięciem podstawowej składowej prądu w stosunku do napięcia)
" generowanie harmonicznych prÄ…du,
" generowanie składowych prądu wysokiej częstotliwości
SKUTKI :
" 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
prÄ…du biernego)
" odkształcenia napięcia zasilania
(w wyniku spadków powodowanych przepływem składowych wyższych harmonicznych prądu)
" niesymetria
SPOSOBY POPRAWY JAKOÅšCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ
POPRAWA JAKOÅšCI ENERGII ELEKTRYCZENEJ
METODA1
METODA2
Konstruowanie odbiorników
Stosowanie urządzeń
w ten sposób aby od strony
majÄ…cych na celu poprawÄ™
z
ródła były  postrzegane jak
jakości energii elektrycznej
obciążenie rezystancyjne
- energetyczne filtry pasywne LC,
- zasilacze z sinusoidalnym
- baterie kondensatorów,
prÄ…dem z
ródła
- nadążne kompensatory FC TCR,
- maszyny synchroniczne,
- kompensatory STATCOM
- energetyczne filtry aktywne
METODA1  redukcja odkształceń poprzez
zastosowanie filtru LC
METODA 1  układy PFC
METODA 2  Stosowanie urządzeń
kompensujÄ…cych
- energetyczne filtry pasywne LC,
- baterie kondensatorów,
- nadążne kompensatory FC TCR,
- maszyny synchroniczne,
- kompensatory STATCOM
- energetyczne filtry aktywne
METODA 2  Stosowanie urządzeń
kompensujÄ…cych
składowa
Definicja prądów wg
Definicja prądów wg
aktywna
S.Fryzego:
składowa S.Fryzego:
nieaktywna
S
i
i ip iq
i ip iq
Lp
i
składowa aktywna
składowa aktywna
składowa nieaktywna
składowa nieaktywna
odpowiedzialna za
odpowiedzialna za
nie uczestniczy w przekazie
nie uczestniczy w przekazie
Lq
i
przekaz energii ze z
ródła
przekaz energii ze z
ródła
energii ze z
ródła do
energii ze z
ródła do
do obciążenia
do obciążenia
obciążenia
obciążenia
ODBIORNIK
FILTR
NIELINIOWY
AKTYWNY
ZASADA DZIAA
ANIA FILTRU AKTYWNEGO
składowa
aktywna
iLq iFq
składowa
nieaktywna
S
i
Lp
i
Fp
i
Filtr aktywny ma za zadanie wygenerowanie
składowej nieaktywnej prądu, równej co do
Fq
i
Lq wartości lecz o przeciwnym znaku niż
i
składowa nieaktywna prądu obciążenia
W efekcie działania FA prąd z
ródła powinien
być sinusoidalny i współfazowy z napięciem
ODBIORNIK
FILTR
NIELINIOWY
AKTYWNY
Podłączenie równoległego FA do systemu
PCC
(Poin of Common
Coupling)
NONLINEAR
LOADS
APF
RI
U0 -
i(t)
izadawany
X RU
-
REALIZACJA JEDNOFAZOWEGO FILTRU AKTYWNEGO
id
T1
T3
ud
Obciążenie
DC
LF
C
iF
LS
T4
T2
Obciążenie
us
ud
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
KSZTAA
TOWANIE PRZEBIEGU PR
DU FALOWNIKA
+
+
T1 T3
T1 T3
T1 T3
T1 T3
U
U
d U
d U
d
d
metoda bipolarna
(łączniki są przełączane parami
us(t)
us(t)
us(t)
us(t)
T1-T4, T2-T3)
T2 T4
T2 T4
T2 T4
T2 T4
+
+
T1 T3
T1 T3
T1 T3
T1 T3
U
U
U
U
d
d
d
d
metoda unipolarna
us(t)
(dodatnia pochodna prÄ…du us(t)
us(t)
us(t)
jest wywoływana zwarciem z
ródła
przez indukcyjność filtru)
T2 T4 T2 T4
T2 T4 T2 T4
KLASYFIKACJA ZE WZGL
DU NA STRATEGIE
STEROWANIA PFA
Sygnał referencyjny (wzorcowy)
składowa aktywna
składowa nieaktywna
prÄ…du z
ródła
prądu obciążenia
PFA
PFA
ODBIORNIK
ODBIORNIK
NIELINIOWY
NIELINIOWY
RI
RI U0 -
i(t)
i(t)
RU izadawany
izadawany
X RU
-
-
FGP,
FFT
Otwarty układ kompensacji Zamknięty układ kompensacji
JAK KOMPENSOWAĆ ?
a) b)
iL
iL
uL
uL
4A
4A
2ms 2ms
PRZYKA
ADOWE PRZEBIEGI UZYSKANE
W TRAKCIE BADAC
SYMULACYJNYCH
iobc
is iobc
10A
=900
0
if
0
if
PFA
L
R
us is
0
700V
650V
ud
600V
t [s]
20m 60m 100m 140m
180m
iobc
if
10A
0
Ls
PFA
0
us~
if
us is
0
700V
650V
ud
600V
t [s]
20m 60m 100m 140m 180m
R=115
JEDNOFAZOWY PROSTOWNIK-FILTR AKTYWNY
DODATKOWE ZASTOSOWANIE
Oprócz kompensacji składowej nieaktywnej prądu
opisywany przekształtnik może pełnić funkcję:
Ćð Kompensatora gwaÅ‚townych wahaÅ„ mocy czynnej
(spawarki, zgrzewarki)
Ćð Prostownika z sinusoidalnym prÄ…dem z
ródła
ĆðUkÅ‚adu bezprzerwowego zasilania (UPS)
(zastosowanie dodatkowego, z
ródła napięcia stałego
w postaci baterii akumulatorów)
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