Sposoby poprawy jakości dostawy energii elektrycznej

Transkrypt

1 Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Zbigniew HANZELKA Sposoby poprawy jakości dostawy energii elektrycznej Październik 2018

2 SPOSOBY REDUKCJI WAHAŃ NAPIĘCIA U U N X Q U 2 N = Q S zw U U N * X ( Q Q U 2 N C ) = Q S Q zw C U 2 P 2 + j Q 2 U 1 R R + j X P l + j Q l P l + j (Q l -Q c ) Q c C

3 SPOSOBY REDUKCJI WAHAŃ NAPIĘCIA DYNAMICZNE STABILIZATORY NAPIĘCIA Statyczne Wirujące Energoelektroniczne Nasycone dławiki Liniowokomutow ane Samokomutuj ace STATCOM DVR TSC TSC/TCR

4 Amps Amps Volts Volts Event Details/Waveforms Event Details/Waveforms A-B V B-C V C-A V A-B V B-C V C-A V A I B I C I 09:58: Saturday A I B I C I 09:58: :58: :58: :58:02.40 Event #81 at :58: C-A V Mult Z Cr Impulse 09:58: Saturday 09:58: :58: :58: Event #81 at :58: C-A V Mult Z Cr Impulse

5 THYRISTOR SWITCHED CAPACITORS (TSC) Sieć zasilająca Odbiornik Układ sterowania TSC

6 THYRISTOR SWITCHED CAPACITORS (TSC) 120 U c u(t) i(t) U C u(t) i(t) a) b) u = U m sin( t + u ) i(t ) = I m cos( t + u ) nb C U C0 2 n U 2 n 1 m sin u sin n t I m cos u cos n t n = X C / X L n = 1/ LC = n

7 THYRISTOR SWITCHED CAPACITORS (TSC) u i u t u co =u u c u moment załączenia (a) moment wyłączenia u co < u u c i u = u c t moment załączenia (b) moment wyłączenia u co > u u u c t i moment załączenia moment wyłączenia (c)

8 FC/TCR COMPENSATOR PCC u 0 C T Load i FC L i TCR L i 0 FC TCR FC/TCR (a) u 0 i TCR ( = ) P 2 i T C R ( 1) i TCR( ) a 2 a 3 w t a 2

9 FC/TCR COMPENSATOR Supply network T T T Load Control system Voltage/reactive power reference L L L TCR FC / TCR FC

10 FC/TCR COMPENSATOR

11 FC/TCR COMPENSATOR

12 TSC/TCR

13 Harmoniczne

14 Źródło zaburzenia (emiter) Układ sprzęgający (radiacja lub przewodzenie) Odbiornik czuły na zaburzenia Środowisko elektromagnetyczne

15 SPOSOBY REDUKCJI NEGATYWNYCH SKUTKÓW WYŻSZYCH HARMONICZNYCH Metody redukcji harmonicznych Wzrost mocy zwarcia w PWP Filtry wh Odpowiednie skojarzenie uzwojeń transformatora Redukcja wartości wh w prądzie odbiornika np. w przekształtnikach aktywne pasywne hybrydowe Aktywne interfejsy wejściowe Kształtowanie prądu w strukturze przekształtnika Obwody pasywne Aktywne kształtowanie prądu wejściowego Metody magnetyczne Przekształtniki z jednostkowym współczynnikiem mocy Układy wielopulsowe Kompensacja strumieni

16 Energetyczne filtry pasywne THD U2 = 17,45 %

17 FILTRY PASYWNE WYŻSZYCH HARMONICZNYCH FILTRY WH Aktywne Pasywne Wejściowe Hybrydowe np. w układach energoelektronicznych Wejściowe, np. w układach energoelektronicznych Szeregowe Równoległe Szeregowo-równoległe Proste, jednogałęziowe Tłumione Podwójnie nastrojone Pierwszego rzędu Drugiego rzędu Trzeciego rzędu

18 FILTRY WYŻSZYCH HARMONICZNYCH FILTRY WH Aktywne Pasywne Wejściowe Hybrydowe np. w układach energoelektronicznych Wejściowe, np. w układach energoelektronicznych Szeregowe Równoległe Szeregowo-równoległe Proste, jednogałęziowe Tłumione Podwójnie nastrojone Pierwszego rzędu Drugiego rzędu Trzeciego rzędu

19 Redukcja skutków harmonicznych n I (n) [%] 3 73,2 5 36,6 7 8,1 9 5,7 11 4,1 13 2,9 15 0,8 n = 2k ± 1 k = 1, 2, 3, ,4

20 PASYWNE KSZTAŁTOWANIE PRĄDU WEJŚCIOWEGO rejestrator źródło zasilania 400/230 V łącznik zwierający i rozwierający filtr układ napędowy z silnikiem indukcyjnym (pośredni przemiennik częstotliwości) WEJ. WYJ. Pasywny filtr wejściowy

21 źródło zasilania 400/230 V rejestrator układ napędowy źródło zasilania 400/230 V rejestrator układ napędowy WE WY J. J. Pasywny filtr wejściowy 7A 1,7A 5A 0,4A

22 rejestrator źródło zasilania 400/230 V układ napędowy Filtr pasywny

23 Przekształtniki PFC L Dout Cin Cout DC/DC Zasilacz impulsowy

24 Przekształtniki PFC L S t 1 Górna granica Przebieg referen. 0 0 t 2 Dolna granica

25 Przekształtniki PFC

26 Mostek tranzystorowy (PWM) T1 T3 OUTPUT POWER T2 T4 Dwie strategie sterowania: - bipolarna - unipolarna

27 AKTYWNE KSZTAŁTOWANIE PRĄDU WEJŚCIOWEGO Voltage (V) Output vs Time Current (A) s 5.0ms 10.0ms 15.0ms 20.0ms 25.0ms 30.0ms Time

28 AKTYWNE KSZTAŁTOWANIE PRĄDU WEJŚCIOWEGO dławik wejśc. DC inverter 3~ line

29 AKTYWNE KSZTAŁTOWANIE PRĄDU WEJŚCIOWEGO PFC DC inverter 3~ line

30 FILTRY WYŻSZYCH HARMONICZNYCH FILTRY WH Aktywne Pasywne Wejściowe Hybrydowe np. w układach energoelektronicznych Wejściowe, np. w układach energoelektronicznych Szeregowe Równoległe Szeregowo-równoległe Proste, jednogałęziowe Tłumione Podwójnie nastrojone Pierwszego rzędu Drugiego rzędu Trzeciego rzędu

31 Redukcja skutków harmonicznych filtr szeregowy

32 FILTRACJA PASYWNA FILTR SZEREGOWY Szeregowy filtr pasywny Szeregowy filtr aktywny Układ energoelektroniczny Z F Charakterystyka impedancji filtru szeregowego Z F w funkcji częstotliwości Z F Z F U Impedancja zastępcza sieci zasilającej Z S Impedancja zastępcza filtru szeregowego Z F I (n) Odbiornik nieliniowy n R n Równoległy filtr pasywny o rzędzie częstotliwości rezonansowej - n R

33 FILTRY WYŻSZYCH HARMONICZNYCH FILTRY WH Aktywne Pasywne Wejściowe Hybrydowe np. w układach energoelektronicznych Wejściowe, np. w układach energoelektronicznych Szeregowe Równoległe Szeregowo-równoległe Proste, jednogałęziowe Tłumione Podwójnie nastrojone Pierwszego rzędu Drugiego rzędu Trzeciego rzędu

34 Redukcja skutków harmonicznych

35 FUNKCJE FILTRU PASYWNEGO eliminacja harmonicznych prądu (napięcia) kompensacja mocy biernej harmonicznej podstawowej

36 FILTRY PASYWNE WYŻSZYCH HARMONICZNYCH filtry tłumione szerokopasmowe Filtr podwójnie nastrojony Filtr prosty 1. rzędu 2. rzędu 3. rzędu 3. rzędu (typu C)

37 FILTRY WYŻSZYCH HARMONICZNYCH FILTRY WH Aktywne Pasywne Wejściowe Hybrydowe np. w układach energoelektronicznych Wejściowe, np. w układach energoelektronicznych Szeregowe Równoległe Szeregowo-równoległe Proste, jednogałęziowe Tłumione Podwójnie nastrojone Pierwszego rzędu Drugiego rzędu Trzeciego rzędu

38 ODKSZTAŁCENIE PRZEBIEGÓW CZASOWYCH NAPIĘĆ I PRĄDÓW THD U2 = 17,45 %

39 FILTR PROSTY (JEDNOGAŁĘZIOWY) Impedancja filtru Z F C (X C ) Z F L (X L ) nr (b) n R Impedancja filtru Z F oraz sieci zasilającej (a) n (c)

40 FILTR PROSTY (JEDNOGAŁĘZIOWY) Uwh=IwhZ Z F Z S S 2 S ZW ZW1 S ZW 3 S S S ZW1 ZW 2 ZW3 Impedancja Z Z2 Z1 Zmin f f R f SZ

41 filtr pasywny System zasilający Odbiornik nieliniowy PWP (n) I ) S (n I ) I F (n ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( n n S n n S n F n F n S I I Z Z Z I = + = ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( n n F n n S n F n S n F I I Z Z Z I = + = 1 ) ( ) ( = + n F n S FILTR PROSTY (JEDNOGAŁĘZIOWY)

42 Pasywne filtry wyższych harmonicznych System zasilający PWP F5 (U5) F5 Odbiornik nieliniowy F5 (U7) F5 (I)

43 FILTR PROSTY (JEDNOGAŁĘZIOWY) I (n) I S = I (n) I F Źródło harmoniczne I F I S I S I F5 I F7 I FSP I (n) Harmoniczne prądu n = 5, 7, 11, 13,... I F (b) R Z [ ] 10 Impedancja sieci zasilającej i filtrów Impedancja sieci zasilającej I F5 I F7 I FSP 5 f [Hz] (a) F5 F7 Filtr szerokopasmowy (FSP) (c)

44 FILTRY WYŻSZYCH HARMONICZNYCH FILTRY WH Aktywne Pasywne Wejściowe Hybrydowe np. w układach energoelektronicznych Wejściowe, np. w układach energoelektronicznych Szeregowe Równoległe Szeregowo-równoległe Proste, jednogałęziowe Tłumione Podwójnie nastrojone Pierwszego rzędu Drugiego rzędu Trzeciego rzędu

45 FILTRY PASYWNE WYŻSZYCH HARMONICZNYCH filtry tłumione szerokopasmowe Filtr podwójnie nastrojony Filtr prosty 1. rzędu 2. rzędu 3. rzędu 3. rzędu (typu C)

46 FILTRY WYŻSZYCH HARMONICZNYCH FILTRY WH Aktywne Pasywne Wejściowe Hybrydowe np. w układach energoelektronicznych Wejściowe, np. w układach energoelektronicznych Szeregowe Równoległe Szeregowo-równoległe Proste, jednogałęziowe Tłumione Podwójnie nastrojone Pierwszego rzędu Drugiego rzędu Trzeciego rzędu

47 Symetryzacja

48 Symetryzacja PRZYKŁAD 1 Dla układu trzech odbiorników jednofazowych o napięciu znamionowym 400 V i mocach odpowiednio: P 1 = 8 kw, Q 1 = 8 kvar (ind.); P 2 = 8 kw, Q 2 = 8 kvar (cap.); P 3 = 8 kw, Q 3 = 0 połączonych w trójkąt, zasilanych z trójfazowej sieci 3x400/230V określić sposób ich przyłączenia gwarantujący minimalną wartość asymetrii prądowej.

49 Symetryzacja Symetryzacja naturalna U N Load (P, Q) U N B G Schemat zastępczy

50 S j V kvar j V kw U Q j U P jb G Y A A A 0.05) (0.05 ) (400 8 ) ( = = = + = S j V kvar j V kw U Q j U P jb G Y A A A 0.05) (0.05 ) (400 8 ) ( = + = + = + = S V kvar j V kw U Q j U P jb G Y A A A 1 0. ) (400 0 ) ( = + = + = + = Symetryzacja naturalna Symetryzacja

51 Variant 1 Symetryzacja Symetryzacja naturalna Y12 A = Y1A Y 23 A = Y 2A Y 31 A = Y 3A

52 Symetryzacja Symetryzacja naturalna Variant 1 k I (2) 2 I a Y 12A + Y 23A + ay 31A % = 100% = 100% = (1) I Y 12A + Y 23A + Y 31A 68.3%

53 Symetryzacja Symetryzacja naturalna k I Variant 2 Y12 A = Y1A Y 23 A = Y 3A Y 31 A = Y 2 A (2) 2 I a Y 12A + Y 23A + ay 31A % = 100% = 100% = 18.3% (1) I Y 12A + Y 23A + Y 31A

54 Asymetryczn y odbiornik Symetryzacja A I A I Ao B C I B I C I Bo I Co UL I Ak I Bk I Ck Kompensator BD Symetryzator

55 Symetryzacja I (2) + I (2) = O K P K = 0 0 ImI (1) + I (1) = O K 0

56 Currents [A] Symetryzacja Three-wire network currents Time [s]

57 Symetryzacja 1 2 Y 2A Y 1A 3 Y 3A N

58 Symetryzacja [A] [A] Supply network currents [s] current in neutral conductor Prądy fazowe i prąd w przewodzie neutralnym przed kompensacją [s]

59 Symetryzacja Kompen. Odb. - I N I N

60 Symetryzacja Prądy fazowe i prąd w przewodzie neutralnym po kompensacji

61 Symetryzacja 1 I 12L (α 12 ) I 12K 2 α 12 I 12C I 31L (α 31 ) B 12K I 31K I 23L (α 23 ) α 31 I 31C I 23K B 31K 3 α 23 I 23C B 23K

62 Symetryzacja Prąd prąd odbiornika obciążenia (file aaa2.pl4; x-var t) c:ea -EEA c:eb -EEB c:ec -EEC Prąd sieci prąd sieci (file aaa2.pl4; x-var t) t: IA1H t: IB1H t: IC1H (file aaa2.pl4; x-var t) t: IA1H t: IB1H t: IC1H