PROJEKTOWANIE FILTRÓW PASYWNYCH WYŻSZYCH HARMONICZNYCH

Transkrypt

1 eszyty Naukowe Wydziału Elektotechiki i Automatyki Politechiki Gdańskie N 8 XX Jubileuszowe Semiaium ASTOSOWANIE KOMPTERÓW W NAE I TEHNIE Oddział Gdański PTETiS Refeat PROJEKTOWANIE ILTRÓW PASYWNYH WYŻSYH HARMONINYH Miosław WŁAS. Politechika Gdańska, Wydział Elektotechiki i Automatyki, ul. Nautowicza /, 8-33 Gdańsk tel.: fax.: m.wlas@ely.g.gda.l Steszczeie: W atykule zedstawioo metodę oektowaia guy filtów ostych, któych chaakteystyka częstotliwościowa est dobaa w sosób otymaly, z uwzględieiem wływu ozostałych filtów [,]. Sumaycza moc biea oemościowa filtów dla iewsze hamoicze ma wyosić kva. elem guy filtów est: elimiaca wyższych hamoiczych z sieci zasilaące, któych źódłem est układ TR, komesaca mocy biee geeowae zez TR z uwzględieiem działaia układu egulaci całego komesatoa SV. W atykule zestawioo wykozystaie ogamu MathAD ve., któy est idealym azędziem wsomagaącym oektowaie i wykeślaie chaakteystyk częstotliwościowych. astosowaie wsomagaia komuteowego zysiesza oces obliczeń i ozwala a iecye wyzaczeie aametów filtów w kótkim czasie. Słowa kluczowe: filtaca wyższych hamoiczych, filty asywe, Mathcad.. WPROWADENIE.. kłady ATS Gwałtowy ozwó eegetyki wiatowe sowodował, że w systemie elektoeegetyczym owstało wiele iesokoych źódeł, któe zmieiaą ozływy mocy czye, ale ówież biee, co wływa a oziomy aięć w sieci. Jedym z ozwiązań tego oblemu, oócz kosztowe ozbudowy liii zesyłowych, est budowa óżego odzau układów elastyczego zesyłaia ądu zemieego tzw. układów ATS ag. lexible A Tasmissio System [],[3]. Niekozyste zawisko sadku aięcia w sieci owstałego w czasie ozuchów ciężkich aędów, stosowaia dużych ieców łukowych czy odczas zwać w sieci elektoeegetycze może być aktywie komesowae zez układy tyu ATS [],[]. W liteatuze światowe do ATS zalicza się kombiace astęuących układów: - tyystoowy układ komesaci szeegowe tzw. Thyisto otolled Seies aacito TS. - statyczy komesato mocy biee tzw. Static VAR omesatio SV, RG Model odbioów RSV kva T Tasfomato Yd I 3 - statyczy zełączik zaczeów tasfomatoów umożliwiaący zaówo egulacę zekładi, ak i fazy aięcia wyściowego czyli wykouące egulacę skośą tzw. ified Powe low otole P zuifikoway układ steowaia zesyłem mocy, - statyczy komesato sychoiczy STATOM Static omesato - zasobik eegii elektycze, aczęście chemiczy, z zekształtikiem eegoelektoiczym... Budowa układu SV W laboatoium Katedy Elektoeegetyki Wydziału Elektotechiki i Automatyki PG zewidziao modeizacę istieącego modelu węzła wytwóczego. Jedym z elemetów modeizaci est budowa statyczego komesatoa mocy biee SV wyosażoego w bateię kodesatoów eegetyczych o mocy 3xkVA TS, TS, TS3 i dławik egulacyy o mocy kva TR, któych załączaie steowae est tyystoowo Rys.. e względu a egulacę mocy biee idukcye kątem wysteowaia tyystoów w układzie geeowae są wyższe hamoicze ądu. Tzecia hamoicza zamyka się w uzwoeiach Recezet: Pof. d hab. iż. Jausz Niezański Wydział Elektotechiki i Automatyki Politechika Gdańska I odb TR I TR I TS T I k TS SV TS TS3 kva kva kva kva Rys.. Schemat oektowaego układu statyczego komesatoa mocy biee SV Reg. Steowaie zad T

2 tasfomatoa T. Pozostałe hamoicze maą być filtowae za omocą guy edogałęziowych filtów R iąte, siódme, edeaste i tzyaste hamoicze. Dae zamioowe: - aięcie zasilaia 4V, - zamioowa moc biea układu SV 3kVA z możliwością chwilowego zeciążeia do 4kVA. ałe uządzeie składa się z czteech odstawowych zesołów mocy: - edego dławika egulowaego tyystoowo TR - moc TR idukcya a oziomie kva; kofiguaca człou TR zedstawioa est a ys.. - tzech bateii kodesatoów załączaych tyystoowo TS - moc oedyczego człou TS oemościowa owia wyosić kva; - filtu L - ma być filtem asywym, wykoaym w te sosób, że ma staowić źódło mocy biee oemościowe zewaga oemości ad idukcyością o watości kva i ówocześie ma filtować abadzie chaakteystycze hamoicze ądu wowadzae do układu zasilaia zez układ TR:,,,3 - tasfomatoa T, aby układ możliwie awieie odtwazał stuktuę dużych układów tego tyu tasfomato owiie zaewiać wyowadzeie ełe mocy układu kład ma być widziay od stoy systemu ako obciążeie oemościowe takie wysteowaie dławików, że zeważa chaakte oemościowy lub idukcye takie wysteowaie dławików, że zeważa chaakte idukcyy. W ówoległych komesatoach ze zmieą imedacą, okeślaych ako SV Static Va omesato, są stosowae tyystoowe łącziki dwukieukowe ys.. W zyadku steowaia mocą bieą obieaą,, 8,,,, z sieci układ tyystoowy służy do załączaia lub wyłączaia dławików Thyisto Switched Reacto TSR lub zy zastosowaiu steowaia fazowego, do łye egulaci składowe biee odstawowe hamoicze ądu dławika, 4, 3,, 4, Thyisto otolled Reacto, TR. Poedyczy edofazowy,,,, tyystoowo steoway dławik, TR, zawiea stały dławik zwykle owietzy o idukcyości L, i dwukieukowy łączik tyystoowy. Steowaie owodue owstaie ądu odkształcoego ak a ysuku 3b. Pąd w dławiku może być steoway od maksimum łączik tyystoowy zamkięty ys. 4 do zea łączik otwaty zez steowaie oóźieiem kąta załączaia α. awatość hamoiczych dla kąta wysteowaia α = zedstawioo a ysuku 4. Badaia wykoao dzięki akietowi symulacyemu TAD, któy est ozwiay w Katedze Eegoelektoiki i Maszy Elektyczych PG. a L L L3 T T4 It T3 T T T b t L L L Rys.. Kofiguaca człou TR 4, Watości % względem hamomicze 44 eszyty Naukowe Wydziału Elektotechiki i Automatyki, ISSN 4-, N 8/, Rys. 3. Schemat układu symulacyego a, zebiegi ądu dławika It i aięcia a dławiku t [V]., 4,8,,8,,,,,8, 3,,,,,3,,,,3,, N hamoicze Rys. 4. awatość hamoiczych ądu w układzie z ys. 3.

3 . PROJEKTOWANIE GRPY ILTRÓW.. Poektowaie metodą tadycyą Guy filtów ostych są stosowae do oawy akości eegii elektycze. godie z ysukiem 4 awiększymi hamoiczymi są tzecia ale ta zamkie się w uzwoeiu wtóym tasfomatoa T oaz hamoicze:, i 3. Poedycze filty złożoe w guę owiy osiadać odowiedia chaakteystykę częstotliwościową. W acach [3] i [4] zaooowao oektowaie guy filtów metodą tadycyą oaz metodą maciezową z uwzględieiem wzaemego wływu oszczególych filtów ostych hamoiczych:,, i 3. Tab.. zęstotliwości filtów 3 3 W iieszym oekcie ależy zaoektować filty oste edogałęziowe o sumaycze mocy = kva, acuące zy aięciu = 4V zy założeiu ezystaci filtów R f =. Ls Rs o Jeśli założymy, że Rf = wtedy imedaca dla częstotliwości elimiowaych wyosi : L 4 Stąd moża wyzaczyć watość L : L Wstawiaąc do wzou 3 a imedacę Poemość kodesatoa filtu est zależa od mocy aką ależy skomesować dla odstawowe hamoicze: Im względiaąc moc filtu: Wszystkie obliczeia metodą tadycyą zeowadzoe są zy uwzględieiu astęuących założeń uaszczaących: - źódło wyższych hamoiczych wh est idealym źódłem ądowym, - ezystaca Rf, idukcyość Lf i oemość f są skuioe i maą stałą watość w ozważaym zedziale częstotliwości, - filt obciążoy est odstawową hamoiczą i hamoiczą do któe est dostooy. Schemat zastęczy układu filt sieć odbioik zedstawioo a ys.. Sieć zasilaąca eezetowaa est zez ideale źódło aięcia zemieego oaz ezystacę i idukcyość zastęczą sieci: X S, LS, S S R, W S X S W Gdzie: S W moc zwaciowa sieci. ilt eegetyczy elimiuący hamoicze może być zwykłym filtem ostym owstałym zez szeegowe ołączeia idukcyości i oemości. Dla częstotliwości elimiowaych fukca imedaci est miimala: Sieć ~ zasilaąca ilt Źódło ądów wh Rys.. Schemat zastęczy układu filt sieć - odbioik R X R L 3 eszyty Naukowe Wydziału Elektotechiki i Automatyki, ISSN 4-, N 8/ 4 Kozystaąc ze wzoów i 8 oaz zakładaąc ozkład mocy a oszczególe filty: moża wyzaczyć aamety L i oszczególych filtów tab.. Niestety maksima chaakteystyki wyadkowe imedaci filtów ie okywaą się z częstotliwościami 3Hz, 4Hz i Hz, i hamoicza ysuek a. Dla tych częstotliwości imedaca filtu est mała, co może być owodem ezoasu z imedacą sieci. Poadto ważą zeczą est koleość załączaia filtów od aiższe do awyższe hamoicze, gdyż załączaie może być owodem owstaia ezoasu [4], atomiast odłączać ależy w odwote koleości Tab.. Paamety filtów obliczoe metodą tadycyą L mh,44 3,,384, kva 3,,8,8, 8

4 4 eszyty Naukowe Wydziału Elektotechiki i Automatyki, ISSN 4-, N 8/.. Poektowaie metodą maciezową e względu a wzaeme oddziaływaie oszczególych filtów ależy zaoektować guę filtów tak, aby chaakteystyka wyadkowa imedaci guy filtów sełiała astęuące wauki: - imedaca guy filtów dla hamoiczych elimiowaych owia być zy założeiu R =, - imedaca guy filtów dla hamoiczych ośedich t., i owia dążyć do ieskończoości, - moc wyadkowa guy filtów owia być ówa założoe watość. Imedaca filtu ostego ze wzou : k k Gdzie: k = / - kotość hamoicze odstawowe. Imedaca guy filtów: Dla hamoiczych elimiowaych: Dla hamoiczych ośedich: m czyli 3 Gdzie: m liczba częstotliwości ośedich, - ulsaca hamoiczych ośedich ume hamoicze ośedie, = /. Kozystaąc z zależości moża aisać: Im 4 Na odstawie zależości i 4 moża zbudować układ ówań, któy edozaczie okeśli aamety guy filtów: m ależości 3 i 4 owadzą do koleych ówań w ostaci maciezowe: m względiaąc zależość moża zaisać: Rys.. Wykesy wyadkowe imedaci filtów ostych oliczoych metodą tadycyą a, oaz metodą maciezową b wyzaczoe w ogamie Mathad b a

5 Rys.. Wykesy wyadkowe imedaci filtów ostych oliczoych metodą maciezową lia zeywaa f oaz zyęte aamety filtu ze względu a dostęość oemości ff liia ciągła w fukci częstotliwości A o koleych uoszczeiach: 8 owyższego ówaia moża wyzaczyć oemość oszczególych filtów: = A - W. Idukcyości są wyliczae odobie ak dla metody tadycye ze wzou. Tab.. Paamety filtów obliczoe metodą maciezową 3 44,88,48 4, L mh 3,4 4, 3,,48 kva,34,33,, Tab. 3. Paamety filtów obliczoe metodą maciezową z doboem oemości katalogowych 3 L mh 4,3 4,3 3,8, kva,3,,, W tabeli zestawioo aamety filtu obliczoe metodą maciezową. e względu a dostęość a yku kodesatoów wybao oemości według daych katalogowych oducetów, a astęie oowie oliczoo idukcyość i moc filtów. Dae zestawioo w tab. 3. Jak wyika z ys. owe aamety filtu ie zmieiaą w sosób zaczący chaakteystyki częstotliwościowe. Moża uzać że tak dobae aamety sełiaą założoe wymagaia. 3. WNIOSKI KOŃOWE W atykule skuioo się a zedstawieiu dobou filtu,, i 3 hamoicze ądu zy maksymale imedaci dla hamoiczych ośedich i metoda maciezową. W metodzie klasycze moce filtów maleą hieboliczie i są odwotie oocoale do umeu hamoicze. Moc filtu hamoicze wyzaczoego metodą maciezową est większa od mocy w zyadku oektowaia metodą tadycyą. Metoda maciezowa est lesza, gdyż otzymae chaakteystyki są zgode z założeiami. Należy amiętać, że zedstawioe metody są uoszczoe i ie uwzględiaą ezystaci dławików, co w zaczącym stoiu wływa a imedacę filtu oaz staty mocy czye w układzie. W systemie elektoeegetyczym a acę filtów wływaą aamety same sieci oaz dodatkowe idukcyości tasfomatoów. względieie tych aametów owodue, że oektowaie filtów stae się tudym zadaiem otymalizacyym. 4. BIBLIOGRAIA. Higoai N. G., Gyugi L.: destadig ATS. ocets ad Techology of lexible A Tasmissio Systems. IEEE Pess, New Yok.. Stzelecki R., Beysek G., Noculak A.: Wykozystaie uządzeń eegoelektoiczych w systemie elektoeegetyczym. Pzegląd Elektotechiczy, N., s.4-4, htt:// - Otimizig Reactive omesatio fo Wid ams: Meetig Today's tility ad Regulatoy Requiemets, A White Pae by Ameica Suecoducto ooatio 4. Hazelka., Klemka R.: Pasywe filty wyższych hamoiczych, Elektoifo /3, Medium Dom Wydawiczy 3.. Klemka R: Poektowaie guy filtów ostych, Naędy i Steowaie -8/4 Wyd. Duk-At. 4. ENGINEERING DESIGN O PASSIVE ILTER STRTRES Key-wods: assive filtes, modelig, Mathcad. Peseted i the ae taditioal ad matix methods of calculatio of assive seies filtes based o fequecy chaacteistics. Some asects coceig the wok ae discussed fo the case of toologies of the Static Va omesatio ovetes, i which it is ecessay to use assive filtes. eszyty Naukowe Wydziału Elektotechiki i Automatyki, ISSN 4-, N 8/ 4

6 48 eszyty Naukowe Wydziału Elektotechiki i Automatyki, ISSN 4-, N 8/