Упрощенная методика расчета высших гармоник

в системах электроснабжения промышленных предприятий

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. 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%. Методика предназначена для оценки уровней высших гармоник, обусловленных работой вентильных преобразователей.

При расчетах активными сопротивлениями элементов систем электроснабжения пренебрегают, а коэффициенты К_х, учитывающие влияние вытеснения 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.

Для анализа уровней высших гармоник необходимо иметь схему электроснабжения 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:

1. 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. Схемы замещения элементов системы электроснабжения приведены на рис. 1.

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.

2. Производят расчет параметров схем замещения элементов систем электроснабжения по выражениям, приведенным в табл. 1. Количество гармоник, для которых рассчитываются параметры схем замещения, определяются в соответствии с данными выше рекомендациями.

3. Рассчитывают спектральный состав первичных токов вентильных преобразователей. Определяется период времени DТ, соответствующий наибольшей суммарной вентильной нагрузке. Для выбранных периода времени DТ и интервала осреднения нагрузки находят средние нагрузки преобразователей, которые и принимают в качестве расчетных. По формулам (1), (2) и (3) определяют амплитуды и фазы первичных токов нереверсивных преобразователей:

(1)

или

(2)

(3)

4. 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:

(4)

Коэффициент К₁, учитывающий влияние на К_НС гармоник порядков выше n₂, равен 1, 15 при n₂ =19 и 1, 10 при n₂ =25. Коэффициент К₂, учитывающий влияние на К_НС анормальных гармоник, равен 1, 0 для трехфазных мостовых схем выпрямления.

5. По формуле (5) определяют эквивалентное действующее значение токов высших гармоник в ветвях схемы замещения:

. (5)

Действующее значение токов n -й гармоники в j -й ветви определяется при этом из выражения

(6)

где - действующие значения n-й гармоники напряжения в m -м и n -м узлах схемы замещения, к которым присоединена j -я ветвь; - модуль сопротивления j -й ветви току n-й гармоники.

Следует отметить, что наличие в системе электроснабжения емкостей батарей конденсаторов, кабельных и воздушных линий может привести к резонансу в системе электроснабжения на частоте одной из определяемых гармоник или вблизи нее.

Таблица 1.1