RU158871U1 - FILTER-COMPENSATING DEVICE FOR THREE-PHASE ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS WITH NONLINEAR LOADS - Google Patents
FILTER-COMPENSATING DEVICE FOR THREE-PHASE ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS WITH NONLINEAR LOADS Download PDFInfo
- Publication number
- RU158871U1 RU158871U1 RU2015117043/07U RU2015117043U RU158871U1 RU 158871 U1 RU158871 U1 RU 158871U1 RU 2015117043/07 U RU2015117043/07 U RU 2015117043/07U RU 2015117043 U RU2015117043 U RU 2015117043U RU 158871 U1 RU158871 U1 RU 158871U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- winding
- windings
- terminals
- transformer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Фильтрокомпенсирующее устройство для трехфазных систем электроснабжения с нелинейными нагрузками, содержащее трехфазный трехобмоточный трехстержневой трансформатор, три обмотки каждой фазы которого расположены на одном стержне, первые одноименные выводы первой и второй обмоток подключены к питающей сети системы электроснабжения, ко вторым выводам первой обмотки подключены конденсаторы, ко вторым выводам второй обмотки подключены реакторы, вторые выводы третьей обмотки соединены с резисторами, отличающееся тем, что соединение каждой из трехфазных обмоток трансформатора выполнено по схеме "треугольник", емкость конденсаторной батареи выбрана с учетом предотвращения резонанса напряжений в рабочем диапазоне частот, устройство дополнительно оснащено блоком компенсации токов третьей гармоники.A filter-compensating device for three-phase power supply systems with non-linear loads, containing a three-phase three-winding three-rod transformer, three windings of each phase of which are located on one rod, the first terminals of the same name of the first and second windings are connected to the mains of the power supply system, capacitors are connected to the second terminals of the first winding, to the second the terminals of the second winding are connected to reactors, the second terminals of the third winding are connected to resistors, characterized in that the connection of each of the three-phase windings of the transformer is made according to the "triangle" scheme, the capacity of the capacitor bank is selected taking into account the prevention of voltage resonance in the operating frequency range, the device is additionally equipped with a compensation unit third harmonic currents.
Description
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам для фильтрации высших гармоник тока в фазных проводниках и третьей гармоники в нулевом проводнике трехфазной электрической сети, питающей нелинейные нагрузки.The utility model relates to electrical engineering, namely, devices for filtering higher harmonics of current in phase conductors and third harmonic in the neutral conductor of a three-phase electrical network that supplies non-linear loads.
Известно устройство для компенсации тока 3-й гармоники нейтрали сети (RU 2447563, МПК 9 H02J 3/01, опубл. 10.01.2012 г.), содержащее трехфазный однополупериодный выпрямитель, аноды которого через предохранители подключены к каждой из фаз сети, фильтр с полосой пропускания 150 Гц, фазорегулирующее устройство, переменный резистор и трансформатор тока.A device for compensating the current of the 3rd harmonic of the neutral network (RU 2447563, IPC 9
Недостатком данного устройства является отсутствие компенсации высших гармоник тока в фазных проводниках сети, в результате чего не обеспечивается комплексное повышение качества электроэнергии.The disadvantage of this device is the lack of compensation of the higher harmonics of the current in the phase conductors of the network, as a result of which a comprehensive increase in the quality of electricity is not provided.
За ближайший аналог принято фильтрокомпенсирующее устройство для трехфазной системы электроснабжения (RU 2046489, МПК H02J 3/18, H02J 3/01, опубл. 20.10.1995 г.), состоящее из комбинации реактора, конденсатора и резистора, подключенных ко вторичным выводам одноименных обмоток трехстержневого трансформатора, подключаемого к фазным проводникам питающей сети.The closest analogue is a filter compensating device for a three-phase power supply system (RU 2046489, IPC
Недостатком данного устройства является применение схемы соединения «звезда» для емкостных и индуктивных компонентов. В процессе работы за счет переменных нагрузок и непостоянного теплового режима данных элементов происходит изменение их емкостных и индуктивных сопротивлений. В результате происходит смещение потенциала нулевой точки фильтрокомпенсирующего устройства, что оказывает негативное влияние на симметричность режима работы устройства и сети, и приводит к снижению качества электроэнергии. Кроме того, данное устройство, ввиду особенностей трехстержневого трансформатора, не позволяет подавлять третью гармонику тока, что также снижает качество электроэнергии.The disadvantage of this device is the use of the star circuit for capacitive and inductive components. In the process, due to variable loads and unstable thermal conditions of these elements, their capacitive and inductive resistances change. As a result, the potential of the zero point of the filter-compensating device is shifted, which negatively affects the symmetry of the operation mode of the device and the network, and leads to a decrease in the quality of electricity. In addition, this device, due to the features of a three-rod transformer, does not allow suppressing the third harmonic of the current, which also reduces the quality of electricity.
Полезная модель решает задачу повышения эффективности работы фильтрокомпенсирующего устройства, что положительно скажется на качестве электроэнергии в системах электроснабжения с нелинейными нагрузками, за счет расширения функциональных возможностей (подавления токов высших гармоник в фазных проводниках и подавления тока третьей гармоники в нулевом проводнике) и повышения электромагнитной совместимости (снижения уровня несимметрии фазных напряжений) устройства с системой электроснабжения.The utility model solves the problem of increasing the efficiency of the filter-compensating device, which will positively affect the quality of electricity in power supply systems with non-linear loads by expanding the functionality (suppressing higher harmonics currents in phase conductors and suppressing third harmonic currents in the neutral conductor) and increasing electromagnetic compatibility ( reduce phase-voltage asymmetry) of a device with a power supply system.
Для получения технического результата в фильтрокомпенсирующем устройстве для трехфазных систем электроснабжения с нелинейными нагрузками, содержащем трехфазный трехобмоточный трехстержневой трансформатор, три обмотки каждой фазы которого расположены на одном стержне, первые одноименные выводы первой и второй обмоток подключены к питающей сети системы электроснабжения, ко вторым выводам первой обмотки подключены конденсаторы, ко вторым выводам второй обмотки подключены реакторы, вторые выводы третьей обмотки соединены с резисторомами, предлагается соединить каждую из трехфазных обмоток трансформатора по схеме «треугольник», выбрать емкость конденсаторной батареи с учетом предотвращения резонанса напряжений в рабочем диапазоне частот, дополнительно оснастить устройство блоком компенсации токов третьей гармоники.To obtain a technical result in a filter compensating device for three-phase power supply systems with non-linear loads, containing a three-phase three-winding three-rod transformer, three windings of each phase of which are located on one rod, the first terminals of the same name of the first and second windings are connected to the mains of the power supply system, to the second terminals of the first winding capacitors are connected, reactors are connected to the second terminals of the second winding, second terminals of the third winding are connected to the resistor Mami, serves to connect each of the three-phase windings of the transformer according to the "triangle", select the capacitance of the capacitor bank with a view to preventing stress resonance within the operating range of frequencies, further equipped with a device unit compensation third harmonic currents.
На прилагаемой к описанию схеме изображено: фильтрокомпенсирующее устройство для трехфазных систем электроснабжения с нелинейными нагрузками.The diagram attached to the description shows: a filter compensating device for three-phase power supply systems with non-linear loads.
На схеме приняты следующие обозначения:The following notation is used in the diagram:
L1, L2, L3 - фазные проводники трехфазной сети;L1, L2, L3 - phase conductors of a three-phase network;
N - нулевой проводник;N is the neutral conductor;
1 - блок компенсации высших гармоник тока в фазных проводниках;1 - block compensation of higher harmonics of the current in the phase conductors;
2 - блок компенсации тока третьей гармоники в нулевом проводнике;2 - block compensation of the third harmonic current in the neutral conductor;
3 - электрическая сеть 0,4 кВ;3 - electric network 0.4 kV;
4 - нелинейная нагрузка;4 - nonlinear load;
5, 6, 7 - трехфазные обмотки трансформатора;5, 6, 7 - three-phase transformer windings;
8 - сборка конденсаторов;8 - assembly of capacitors;
9 - сборка реакторов;9 - assembly of reactors;
10 - сборка резисторов;10 - assembly of resistors;
11 - фильтр третьей гармоники тока;11 - filter of the third harmonic current;
12 - фазосдвигающее устройство;12 - phase shifting device;
13 - трансформатор тока.13 - current transformer.
Как показано на схеме устройство состоит из двух функциональных элементов: блока (1) компенсации высших гармоник тока в фазных проводниках (БКФ), содержащего трехобмоточный трансформатор, сборки конденсаторов, реакторов и резисторов, и блока (2) компенсации тока третьей гармоники в нулевом проводнике (БКН), содержащего узкополосный фильтр с полосой пропускания 150 Гц, фазосдвигающий модуль и трансформатор тока, установленный в нулевом проводнике сети.As shown in the diagram, the device consists of two functional elements: a unit (1) for compensation of higher harmonics of current in phase conductors (BKF), containing a three-winding transformer, assemblies of capacitors, reactors and resistors, and a unit (2) for compensation of the third harmonic current in the neutral conductor ( BKN), containing a narrow-band filter with a passband of 150 Hz, a phase-shifting module and a current transformer installed in the neutral conductor of the network.
Снижение уровня несимметрии фазных напряжений достигается за счет исключения смещения потенциала нулевой точки БКФ путем соединения обмоток трехстержневого трехфазного трансформатора по схеме «треугольник». Данное решение обеспечивает симметричную работу фильтрокомпенсирующего устройства вне зависимости от его нагрузки. Однако при схеме соединения «треугольник» в одной из обмоток реактивная компонента оказывается включена последовательно с индуктивностью обмотки трансформатора, что создает предпосылки для возникновения резонанса напряжений.The reduction of the phase voltage asymmetry level is achieved by eliminating the bias potential of the BKF zero point by connecting the windings of a three-rod three-phase transformer according to the "triangle" scheme. This solution ensures the symmetrical operation of the filter compensating device, regardless of its load. However, with the “triangle” connection diagram in one of the windings, the reactive component is turned on in series with the transformer winding inductance, which creates the prerequisites for voltage resonance.
БКФ подключается к электрической сети (3), питающей нелинейную нагрузку (4). БКФ состоит из трехфазного трансформатора с тремя трехфазными обмотками (5, 6, 7), конденсаторной батареи (6), реактора (7) и резистора (8). При этом выводы обмоток 3 и 4 с подключены к фазным проводникам сети. В цепь обмотки 5 подключена сборка конденсаторов, а в цепь обмотки 4 подключена сборка реакторов. Обмотка 5 соединена в «треугольник» и содержит активную нагрузку.BKF is connected to the electrical network (3), supplying a non-linear load (4). BKF consists of a three-phase transformer with three three-phase windings (5, 6, 7), a capacitor bank (6), a reactor (7) and a resistor (8). In this case, the conclusions of
Номиналы конденсатора и реактора подбираются таким образом, чтобы протекающие через них токи промышленной частоты имели одинаковую величину. В сочетании с требованием о недопущении резонанса напряжений на рабочем диапазоне частот расчет параметров БКФ проводится на основе системы уравнений:The values of the capacitor and reactor are selected so that the currents of industrial frequency flowing through them have the same value. In combination with the requirement to prevent voltage resonance in the operating frequency range, the calculation of the BKF parameters is carried out on the basis of a system of equations:
, ,
где W1 и W2 - соответственно число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора; Ск - емкость конденсатора; ω - частота протекающего тока (с учетом компенсируемых высших гармоник); LР - индуктивность реактора; LТ - эквивалентная индуктивность обмотки трансформатора, в цепи которой установлен конденсатор.where W 1 and W 2 - respectively, the number of turns of the primary and secondary windings of the transformer; Ck is the capacitance of the capacitor; ω is the frequency of the flowing current (taking into account the compensated higher harmonics); L P - reactor inductance; L T is the equivalent inductance of the transformer winding, in the circuit of which a capacitor is installed.
При создании указанных условий на основной частоте токи в обмотках 5 и 6 уравновешены и в обмотке 7 не индуцируется ЭДС, что позволяет избежать потерь на активном сопротивлении от токов промышленной частоты. При протекании токов высших гармоник за счет разности емкостного и индуктивного сопротивления происходит индуцирование ЭДС в обмотке 7 и энергия гармоник рассеивается на активном сопротивлении, в результате чего достигается улучшение формы кривой тока в фазных проводниках за счет подавления высших гармоник тока.When these conditions are created at the fundamental frequency, the currents in
Соединение обмоток трансформатора по схеме «треугольник» позволяет обеспечить симметричный режим работы устройства вне зависимости от нагрузки и теплового режима.The connection of the transformer windings according to the "triangle" scheme allows to ensure a symmetrical mode of operation of the device, regardless of the load and thermal mode.
За счет использования трехстержневого трансформатора БКФ представляет собой большое сопротивление для токов третьей гармоники. Поэтому фазные токи третьей гармоники используются для компенсации тока третьей гармоники в нулевом проводнике посредством БКН.Due to the use of a three-rod transformer, the BKF is a great resistance for third harmonic currents. Therefore, the phase currents of the third harmonic are used to compensate for the current of the third harmonic in the neutral conductor by means of a BKN.
БКН подключается к сети параллельно с БКФ. На входе устройства в каждой фазе установлены диоды 11, обеспечивающие протекание положительных полуволн тока третьей гармоники. Далее следует блок узкополосной фильтрации третьей гармоники и фазосдвигающее устройство 12, где третья гармоника устанавливается в противофазу с утроенным током третьей гармоники, протекающим в нулевом проводнике, что позволяет осуществить его компенсацию посредством трансформатора тока 13. В результате достигается улучшение формы кривой тока путем подавления третьей гармоники тока в нулевом проводнике.BKN is connected to the network in parallel with BKF. At the input of the device in each phase,
Описание работы устройства.Description of the operation of the device.
Рассмотрим преимущества предложенной схемы на примере моделирования электрической трехфазной сети с нелинейными нагрузками. Фазная несимметрия индуктивных и емкостных компонентов моделируется за счет изменения их номиналов на +10% и -10% для фаз L1 и L3 соответственно. Расчет производится для случая симметрии нелинейной нагрузки сети. По величине напряжений, измеренных на зажимах фильтрокомпенсирующего устройства, рассчитан оценочный показатель - коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (KU0). Для схемы соединения «звезда», примененной в прототипе для расчетной схемы KU0=2,36, для предложенного устройства со схемой «треугольник» данный показатель составил KU0=1,07. В результате обеспечивается снижение уровня несимметрии фазных напряжений.Consider the advantages of the proposed scheme on the example of modeling an electric three-phase network with non-linear loads. The phase asymmetry of inductive and capacitive components is modeled by changing their values by + 10% and -10% for phases L1 and L3, respectively. The calculation is made for the case of symmetry of the nonlinear network load. Based on the magnitude of the voltages measured at the terminals of the filter compensating device, an estimated indicator is calculated - the voltage asymmetry coefficient in the zero sequence (K U0 ). For the “star” connection scheme used in the prototype for the design scheme K U0 = 2.36, for the proposed device with the “triangle” scheme, this indicator was K U0 = 1.07. The result is a decrease in the level of asymmetry of phase voltages.
Нелинейная нагрузка моделируется посредством источников тока высших гармоник с усредненными величинами токов. До подключения устройства коэффициенты высших гармоник тока в сети составляли: K3=20%, K5=14%, K7=5%, K9=3%. После подключения устройства в фазных проводниках амплитудное значение тока: третьей гармоники уменьшилось на 7%, пятой гармоники уменьшилось на 45,3%, седьмой гармоники уменьшилось на 62,7%, девятой гармоники - на 54,6%. В нулевом проводе произошли следующие изменения: значение амплитуды третьей гармоники уменьшилось на 64%, пятой гармоники - на 3%, седьмой гармоники - на 3,6%, девятой - на 2%.Non-linear load is modeled by higher harmonics current sources with averaged currents. Before connecting the device, the coefficients of the higher harmonics of the current in the network were: K 3 = 20%, K 5 = 14%, K 7 = 5%, K 9 = 3%. After connecting the device in phase conductors, the amplitude value of the current: the third harmonic decreased by 7%, the fifth harmonic decreased by 45.3%, the seventh harmonic decreased by 62.7%, the ninth harmonic by 54.6%. The following changes occurred in the neutral wire: the amplitude of the third harmonic decreased by 64%, the fifth harmonic by 3%, the seventh harmonic by 3.6%, and the ninth by 2%.
Для сравнения, при включении в сеть ближайшего аналога в фазных проводниках амплитудное значение тока: третьей гармоники уменьшилось на 1,3%, пятой гармоники уменьшилось на 46,1%, седьмой гармоники уменьшилось на 60,2%, девятой гармоники - на 52,1%. В нулевом проводнике гармонический состав тока не изменился.For comparison, when the closest analogue is connected to the network in phase conductors, the amplitude value of the current: the third harmonic decreases by 1.3%, the fifth harmonic decreases by 46.1%, the seventh harmonics decreases by 60.2%, the ninth harmonic by 52.1 % In the neutral conductor, the harmonic composition of the current has not changed.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117043/07U RU158871U1 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | FILTER-COMPENSATING DEVICE FOR THREE-PHASE ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS WITH NONLINEAR LOADS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117043/07U RU158871U1 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | FILTER-COMPENSATING DEVICE FOR THREE-PHASE ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS WITH NONLINEAR LOADS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU158871U1 true RU158871U1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015117043/07U RU158871U1 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | FILTER-COMPENSATING DEVICE FOR THREE-PHASE ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS WITH NONLINEAR LOADS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU158871U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714925C1 (en) * | 2019-09-11 | 2020-02-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Filter compensating device |
-
2015
- 2015-05-05 RU RU2015117043/07U patent/RU158871U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714925C1 (en) * | 2019-09-11 | 2020-02-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Filter compensating device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Singh et al. | Magnetics for neutral current compensation in three-phase four-wire distribution system | |
Baitha et al. | A comparative analysis of passive filters for power quality improvement | |
JP5634102B2 (en) | Grid interconnection inverter | |
Attia et al. | Harmonic distortion effects and mitigation in distribution systems | |
Aleem et al. | Optimal passive filter design for effective utilization of cables and transformers under non-sinusoidal conditions | |
Obulesu et al. | A% THD analysis of industrial power distribution systems with active power filter-case studies | |
WO2012013166A1 (en) | The apparatus compensating ground currents connected to phase conductors of a distribution system | |
Davudi et al. | Analysis of harmonics and harmonic mitigation methods in distribution systems | |
EP3062431A1 (en) | PFC Current shaping | |
Usman et al. | Simulation of single-phase shunt active power filter with fuzzy logic controller for power quality improvement | |
RU158871U1 (en) | FILTER-COMPENSATING DEVICE FOR THREE-PHASE ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS WITH NONLINEAR LOADS | |
Abdullah et al. | The study of triplen harmonics currents produced by salient pole synchronous generator | |
RU2416853C1 (en) | Reduction method of higher harmonics level | |
Ko et al. | Analysis of harmonic distortion in non-linear loads | |
CA3011542C (en) | Filters for adjustable speed drives with low dc bus capacitance and methods of manufacture and use thereof | |
Aye et al. | Analysis of Harmonic Reduction by Using Passive Harmonic Filters | |
JP6515588B2 (en) | Resonance suppression device and resonance suppression method | |
Kadam et al. | Application of DSTATCOM for Improvement of Power Quality using MATLAB Simulation | |
Gupta et al. | Harmonics mitigation using active power filter | |
CN104811021A (en) | Inverter voltage control method for inhibiting voltage harmonic | |
Gupta et al. | Single phase Active harmonic filters for Harmonic elimination and Power Factor correction for Distributed loads | |
Beres | Optimal design of passive power filters for gridconnected voltage-source converters | |
RU2543075C2 (en) | Method to reduce impact of higher harmonics on electric equipment | |
CN107656129B (en) | Indirect measurement method for filter branch current | |
Li et al. | Transient response characteristics of new HVDC transmission system based on new converter transformer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170506 |