RU2508589C2 - Система и способ для подавления резонанса - Google Patents

Система и способ для подавления резонанса Download PDF

Info

Publication number
RU2508589C2
RU2508589C2 RU2009141805/07A RU2009141805A RU2508589C2 RU 2508589 C2 RU2508589 C2 RU 2508589C2 RU 2009141805/07 A RU2009141805/07 A RU 2009141805/07A RU 2009141805 A RU2009141805 A RU 2009141805A RU 2508589 C2 RU2508589 C2 RU 2508589C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power system
voltage power
voltage
resonance
surges
Prior art date
Application number
RU2009141805/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009141805A (ru
Inventor
Кристоф Мартин ЗИЛЕР
Эйнар Вон ЛАРСЕН
Альфредо Себастьян АХИЛЛЕС
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2009141805A publication Critical patent/RU2009141805A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2508589C2 publication Critical patent/RU2508589C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001—Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • H02J3/00125—Transmission line or load transient problems, e.g. overvoltage, resonance or self-excitation of inductive loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
    • H02H7/228—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices for covered wires or cables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/005—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection avoiding undesired transient conditions
    • 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
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокочастотных энергосистемах. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей, уменьшение затрат и расширение области применения. Система для уменьшения резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме, содержит гаситель скачков напряжения, подсоединенный к указанной высоковольтной энергосистеме между кабелем и цепью заземления и выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения. Система содержит преобразователь частоты, включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжения и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится в целом к явлению резонанса в высоковольтных энергосистемах и, в частности, к системе и способу для подавления резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений.
Преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока и наоборот может предполагать использование цепей, например, выпрямительных контуров, с пассивными входными и выходными фильтрами, которые создают значительные нелинейные гармонические искажения текущего сигнала переменного тока. Как правило, нелинейные гармонические искажения вызывают нежелательное рассеивание мощности и создают ненужную электромагнитную интерференцию, которая переносится на другие электрические цепи и оборудование. Искаженные сигналы переменного тока также могут возбуждать нежелательные колебания в трансформаторах и вращающихся механизмах, в которых имеются электромагнитные связи. Кроме того, зачастую это отрицательно влияет на входной коэффициент мощности, что приводит к снижению эффективности работы.
Другие способы преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока могут включать использование активных схем, построенных на технологиях преобразования с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Такие ШИМ технологии создают в дискретном контуре импульсы тока на частоте модуляции, которые должны быть подвергнуты усиленной фильтрации для обеспечения ограничения нелинейных гармонических искажений и электромагнитной интерференции. Один из видов такой усиленной фильтрации включает выполнение активной фильтрации. К устройствам управления ШИМ-преобразователя применяют компенсирующие технологии, которые обеспечивают сведение к минимуму нелинейных гармонических искажений. Однако на более высоких частотах такие технологии менее эффективны.
Следует понимать, что активные фильтры работают с опорным сигналом цепи энергосистемы (измеренным током или напряжением на нагрузке или источнике энергосистемы) для выполнения регулирования с обратной связью. Недостатком измерения тока или напряжения на нагрузке или источнике энергосистемы является использование измерительных устройств, которые подвержены воздействию общего напряжения или тока энергосистемы, в результате чего требуются дорогие считывающие устройства большой мощности.
При использовании активных фильтров также могут возникать проблемы с материально-техническим обеспечением, принимая во внимание физическое расстояние между устройством управления активным фильтром и необходимыми измерительными устройствами или их местоположение. Кроме того, использование в цепи энергосистемы регулирования с обратной связью, скорее всего, приведет к нестабильности управления при выполнении модификаций самой энергосистемы. Другой недостаток вышеупомянутого способа заключается в проблеме регулировки тока, протекающего между различными активными фильтрами, каждый из которых включен в одну и ту же цепь энергосистемы. При такой конфигурации каждый активный фильтр пытается компенсировать потери на другом фильтре. Кроме того, к недостаткам активной фильтрации относятся необходимость дополнительного пространства и повышенные затраты.
Следовательно, существует необходимость создания усовершенствованного способа подавления гармоник, которая включает подавление резонанса.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В общих словах, предложена система для уменьшения резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме. Указанная система содержит гаситель скачков напряжения, подсоединенный к высоковольтной энергосистеме между оболочкой кабеля и цепью заземления и выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения. Система также содержит преобразователь частоты, включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжения и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы.
В одном варианте выполнения предложено устройство для подавления резонанса. Указанное устройство содержит перестраиваемый регулятор напряжения, выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения при резонансе. Устройство также содержит селектор частоты, подсоединенный к указанному перестраиваемому регулятору напряжения и выполненный с возможностью смещения частоты системы от резонансной частоты.
В одном варианте выполнения предложено устройство для подавления гармонического резонанса. Указанное устройство содержит регулируемый резистор, выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения, возникающих вследствие нелинейного гармонического искажения. Устройство также содержит вариометр, подсоединенный к указанному регулируемому резистору и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты системы. Устройство дополнительно содержит варистор, подсоединенный к вариометру и выполненный с возможностью предотвращения аномальных всплесков напряжения.
В одном варианте выполнения предложена система для контроля и подавления резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме. Указанная система содержит гаситель скачков напряжения, подсоединенный к высоковольтной энергосистеме между частью кабеля, не находящейся под напряжением, и цепью заземления и выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения. Система содержит преобразователь частоты, включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжений и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы. Система дополнительно содержит варистор, включенный параллельно с гасителем скачков напряжения и выполненный с возможностью предотвращения аномальных всплесков напряжения. Кроме того, система содержит контролирующее устройство, подсоединенное к гасителю скачков напряжения и выполненное с возможностью записи набора параметров сети. К контролирующему устройству подключена цепь автоматической настройки, выполненная с возможностью регулировки стабилизированного напряжения и преобразователя частоты с учетом указанных параметров сети.
В одном варианте выполнения предложен способ подавления резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме. Способ включает введение комплексного сопротивления в цепь заземления путем предотвращения скачков напряжения, возникающих в результате резонанса при нелинейных гармонических искажениях. Способ также включает выполнение сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы и предотвращение аномального повышения напряжения, возникающего в указанной энергосистеме.
В другом варианте выполнения предложен способ уменьшения резонанса в промышленной электрической системе. Способ включает ослабление резонансного скачка напряжения, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений, изменение резонансной частоты системы путем подключения перестраиваемого заземляющего соединителя, а также изменение гармонической кривой промышленной электрической системы путем включения комплексного сопротивления в цепь заземления.
В одном варианте выполнения предложена система для уменьшения резонанса при нелинейных гармонических искажениях. Указанная система содержит энергосистему с набором компонентов, взаимосвязанных с помощью кабелей, которая выполнена с возможностью выполнения заранее установленных функций. Система дополнительно содержит перестраиваемый заземляющий соединитель, подсоединенный по меньшей мере к одной соответствующей части кабеля, не находящейся под напряжением, и к цепи заземления в энергосистеме. Указанный перестраиваемый заземляющий соединитель содержит по меньшей мере один регулируемый резистор и по меньшей мере один вариометр или перестраиваемый конденсатор, включенный параллельно с указанным регулируемым резистором. Перестраиваемый заземляющий соединитель выполнен с возможностью уменьшения резонанса при нелинейных гармонических искажениях в энергосистеме.
В одном варианте выполнения предложена система для уменьшения резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме. Система содержит гаситель скачков напряжения, подсоединенный к высоковольтной энергосистеме между частью кабеля, не находящейся под напряжением, и цепью заземления и выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения. Система дополнительно содержит преобразователь частоты, включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжения и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы.
В одном варианте выполнения предложена система для уменьшения резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме. Система содержит резистор, подсоединенный к указанной высоковольтной энергосистеме между частью кабеля, не находящейся под напряжением, и цепью заземления и выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения.
В одном варианте выполнения предложена система для уменьшения резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме. Система содержит индукционную катушку, подсоединенную к указанной высоковольтной энергосистеме между частью кабеля, не находящейся под напряжением, и цепью заземления и выполненную с возможностью сдвига резонансных пиков.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие характерные особенности, аспекты и преимущества данного изобретения станут более понятны после изучения приведенного ниже подробного описания, выполненного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы и на которых:
фиг.1 изображает блок-схему энергосистемы, в которой заземляющий соединитель выполнен в соответствии с аспектом данной технологии,
фиг.2 изображает блок-схему, показывающую различные компоненты заземляющего соединителя, представленного на фиг.1,
фиг.3 изображает блок-схему, показывающую различные конфигурации цепи заземления, представленной на фиг.1,
фиг.4 изображает поперечный разрез высоковольтного кабеля, и
фиг.5 изображает график спектральной функции напряжения энергосистемы, показанной на фиг.1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В идеальном варианте в трехфазной сети переменного тока, которую используют для большей части промышленного оборудования, задействованы три силовые электрические жилы, каждая из которых обеспечивает немодулированную синусоидальную волну электрического тока и напряжения, причем указанные синусоиды имеют одинаковую и постоянную амплитуду и частоту, а угловой сдвиг между фазами составляет 120°.
При повышенном использовании твердотельных электронных силовых приборов, обладающих нелинейными нагрузочными характеристиками (например, контроллеров электродвигателя, содержащих переключаемый симистор, который осуществляет быстроеподключение и отключение больших нагрузок), в трехфазном питании данного устройства могут произойти искажения синусоидальности. Такое искажение характеризуется появлением гармоник на основной частоте переменного тока. Гармоники вызывают потери энергии в двигателях и могут повлиять на эффективность и стабильную работу источников питания в чувствительном электронном оборудовании. Кроме того, гармоники могут вызвать резонанс, приводящий к нежелательным всплескам напряжения. По этим причинам во многих странах установлены ограничения на уровни гармоник в сети переменного тока.
Нелинейные гармонические искажения в сети переменного тока могут быть снижены с помощью использования пассивных фильтров, содержащих катушки индуктивности и емкости, которые на частотах гармоник имеют резонанс напряжений или резонанс токов. Фильтры также могут быть предназначены для решения проблемы возникновения резонанса, обусловленного наличием гармоник, путем действия в качестве успокоительных контуров, которые изменяют резонансную частоту, либо путем использования успокоительного контура, который предотвращает возникновение резонансных пиков. Указанные пассивные фильтры подключают параллельно силовым сетям для обеспечения отведения приносящих вред гармоник. Такие пассивные фильтры имеют простую структуру, но им присущ и ряд недостатков. Как правило, пассивные фильтры являются громоздкими и дорогостоящими, не подстраиваются под изменения частот гармоник, вызванные сдвигом основной частоты переменного тока, и не учитывают изменения последовательного импеданса силовых сетей. Эти недостатки могут быть устранены путем использования активных фильтров, в которых усилитель мощности (например, источник питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)) подключен непосредственно к силовой сети с обеспечением создания тока, компенсирующего гармонический ток, для устранения искажения. Такие активные фильтры могут использоваться совместно с пассивными фильтрами в гибридной структуре, в которой ШИМ источник питания подключен к силовым сетям через последовательную резонансную цепь с обеспечением блокирования основной гармоники переменного тока и, следовательно, снижения нагрузки на указанном источнике питания. Однако к недостаткам активных и гибридных фильтров относятся специальные требования, предъявляемые к конструкции данной системы, а также снижение эффективности при изменении параметров энергосистемы. Кроме того, при активной фильтрации возникают потери мощности, поскольку активные фильтры находятся в постоянном подключении к энергосистеме независимо от того, выполняется фильтрация или нет.
На фиг.1 изображена высоковольтная трехфазная энергосистема 10. Указанная энергосистема 10 содержит приемную подстанцию 14, которая получает энергию от высоковольтной сети 12, обычно передаваемую по протяженным линиям электро передач (не показаны). Энергию, полученную в виде высоких напряжений по линиям электропередач, понижают до более низких напряжений с помощью силового трансформатора 18, соединенного с указанной приемной подстанцией и коммутационной станцией 22 через высоковольтные кабели 16 и 20. Коммутационная станция 22 дополнительно обеспечивает распределение энергии через трансформаторы 24. К указанным трансформаторам 24 подсоединены размыкатели 26 цепи, обеспечивающие управление потоком энергии на выходе. Через указанные размыкатели к трансформаторам 24 подключены системы обеспечения, такие как электродвигатель 28. В данном документе электродвигатель 28 выбран в качестве примера, однако к энергосистеме может быть подключено любое средство обеспечения, которое потребляет энергию. Между высоковольтной оболочкой кабеля (соединение 30) и землей 36, также называемой цепью заземления, включен заземляющий соединитель 32. Ниже подробно описаны рабочие детали и компоненты указанного заземляющего соединителя 32.
На фиг.2 показана блок-схема, изображающая различные компоненты заземляющего соединителя 32. В соответствии с одним вариантом выполнения указанный соединитель 32 может содержать перестраиваемый резистор 42, варистор 44 и вариометр 46, включенные параллельно. Следует отметить, что термин «перестраиваемый», используемый в данном документе, является синонимом термина «регулируемый». Кроме того, перестраиваемые или регулируемые элементы в вариантах выполнения могут быть привязаны к конкретному параметру согласно соответствующей конструкции системы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что перестраиваемые элементы, применяемые в вариантах выполнения, описанных в данном документе, могут быть заменены постоянными элементами, такими как сопротивление, индуктивность или емкость. Кроме того, заземляющий соединитель 32 содержит соединение 48, которое может быть подключено к контакту схемы заземления, и соединение 50, подключенное к изображенной на фиг.1 земле 36 энергосистемы. В одном варианте выполнения перестраиваемый заземляющий соединитель 32 может содержать параллельное соединение перестраиваемого/регулируемого резистора 42 (выполняющего роль гасителя, предназначенного для обеспечения ослабления резонансных пиков), вариометра 46 (выполняющего роль преобразователя частоты, предназначенного для обеспечения сдвига резонансной частоты) и варистора 44 (выполняющего роль разрядника напряжения/стабилизатора напряжения для обеспечения ограничения любых аномальных всплесков напряжения на заземляющем соединителе). В одном варианте выполнения указанный резистор 42 может быть выполнен в виде перестраиваемого регулятора напряжения, предназначенного для предоставления набора точек с обратной связью, обеспечивающих ослабление скачков напряжения, которые возникают вследствие резонанса. В другом варианте выполнения указанный вариометр 46 может быть предназначен для обеспечения изменения настройки и/или сдвига частоты параллельного резонанса. В иллюстративном варианте выполнения регулируемый конденсатор (блок настройки частоты) может быть соединен с заземляющим соединителем 32, предназначенным для обеспечения изменения частоты гармонического резонанса. Указанный варистор 44 или стабилизатор напряжения может содержать, например, металлооксидный варистор.
В одном варианте выполнения изобретения заземляющий соединитель может содержать резистор, подсоединенный между частью кабеля, не находящейся под напряжением (такой как оболочка или экран кабеля), и землей или массой. Резистор предназначен для обеспечения предотвращения скачков напряжения, образующихся вследствие гармоник. Следует отметить, что указанный резистор может быть заменен регулируемым резистором, обеспечивающим настройку сопротивления в соответствии с требованием высоковольтной системы. В другом варианте выполнения изобретения заземляющий соединитель может содержать индукционную катушку, подсоединенную между частью кабеля, не находящейся под напряжением (такой как оболочка или экран кабеля), и землей или массой. Индукционная катушка предназначена для обеспечения сдвига резонансных пиков, образующихся вследствие гармоник. Следует отметить, что указанная катушка индуктивности может быть заменена вариометром, обеспечивающим настройку индуктивности в соответствии с требованием высоковольтной системы. Такой вариометр может также выполнять сдвиг резонансной частоты высоковольтной системы.
В иллюстративном варианте выполнения система для контроля и подавления резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме, может быть дополнена перестраиваемым заземляющим соединителем, изображенным на фиг.2. Указанная контролирующая и подавляющая система может содержать регулируемый резистор 42 (разрядник напряжения), предназначенный для обеспечения предотвращения скачков напряжения, которые могут появляться в результате резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений. Кроме того, параллельно с указанным регулируемым резистором 42 может быть включен вариометр и/или регулируемый конденсатор 46 (преобразователь частоты), предназначенный для обеспечения смещения резонансной частоты высоковольтной энергосистемы 10, изображенной на фиг.1. Параллельно с регулируемым резистором 42 может быть включено защитное устройство, такое как варистор 44, предназначенное для обеспечения предотвращения аномальных всплесков напряжения. К регулируемому резистору может быть подключено контролирующее устройство (не показано), предназначенное для обеспечения записи параметров сети. К параметрам сети может относиться, например, индуктивный ток, протекающий через вариометр. К устройству контроля может быть подключен контур автоматической настройки, предназначенный для выполнения настройки регулируемого резистора и вариометра исходя из величины индуктивного тока. Например, по мере изменения индуктивности может возникнуть такое состояние, при котором ток, протекающий через вариометр, будет минимальным, а это указывает на то, что эффект настройки вызывает сдвиг частоты от резонансного значения.
На фиг.3 изображены различные конфигурации цепи заземления, которые могут использоваться для подключения заземляющего соединителя между оболочкой высоковольтного кабеля и землей/массой. В одном варианте выполнения может быть применена конфигурация двухточечного заземления кабельных оболочек, изображенная под номером 52 позиции. Трехфазный высоковольтный кабель содержит набор жил 54, 56 и 58, которые окружены соответствующими кабельными оболочками/экранами 60, 62 и 64. При конфигурации с двухточечным заземлением экраны 66 и 68 соединены друг с другом через заземляющий провод 70. Указанный заземляющий провод 70 дополнительно соединен с землей 36 через заземляющий соединитель 32. В иллюстративном варианте выполнения заземляющий соединитель 32 может быть подсоединен между заземляющим проводом 70 и экраном 66 с обеспечением подавления гармоник синфазного сигнала. В другом варианте выполнения может использоваться конфигурация цепи заземления, изображенная под номером 72 позиции, например, конфигурация с двухточечным заземлением без использования заземляющего провода. Экраны 60, 62 и 64 кабеля присоединены к соединениям 66 и 68 и имеют независимое соединение с землей 36 через заземляющие соединители 32 и 74. В другом иллюстративном варианте выполнения для обеспечения подключения заземляющего соединителя к энергосистеме может применяться одноточечное заземление оболочек кабеля, изображенное под номером 76 позиции. Экраны 60, 62 и 64 кабеля соединены с землей 36 через заземляющий соединитель 32. В иллюстративном варианте выполнения между каждым фазовым экраном и землей, например, между экраном 60 и землей 36, могут быть независимо подключены три заземляющих соединителя. Несмотря на то что на фиг.3 изображены только три примера конфигураций, данное изобретение предусматривает использование большого числа подобных конфигураций. В энергосистемах с разными конфигурациями могут быть выполнены одна или несколько таких схем цепи заземления, обеспечивающих подавление гармонического резонанса.
На фиг.4 изображено поперечное сечение высоковольтного кабеля 20, который применяют в энергосистеме, показанной на фиг.1. К компонентам высоковольтного кабеля, обозначенного номером 82 позиции, относятся медные провода 84, 86, 88, которые скручены и сжаты в структуру, часто называемую кабельной жилой. Каждую жилу окружает экран 90, обычно выполненный из экструдированного полупроводникового компаунда. Указанный экран жилы окружен изолирующим слоем 92, вокруг которого расположен полупроводниковый изолирующий экран 94. Аналогичная структура, содержащая экран 90 жилы, изолирующий слой 92 и полупроводниковый изолирующий экран 94, расположена вокруг жил 86 и 88. В одном варианте выполнения три жилы 84, 86 и 88, вместе с экраном 90 жилы, изолирующим слоем 92, изолирующим экраном 94 и заземляющими проводами 96, обвязаны скрепляющей лентой 99. В одном варианте выполнения в пространстве между указанной скрепляющей лентой 99 и жилой могут быть расположены филлеры 98, такие как полипропиленовые жгуты. Вокруг филлеров 98 расположена оплетка 100, обычно выполненная из круглых стальных проводов с гальваническим покрытием. В качестве самой внешней защиты кабеля предусмотрены бандажные ленты 102 с битумным компаундом и/или полипропиленовыми жгутами. В рассматриваемом варианте выполнения заземляющий соединитель может быть соединен с заземляющими проводами 96 и оплеткой/оболочкой 100, а также с землей 36, показанной на фиг.1. Следует отметить, что заземляющий соединитель подключен к части высоковольтного кабеля 20, не находящейся под напряжением. Несмотря на то что рассмотрена оплетка/оболочка, данное изобретение предусматривает использование других подобных частей, не находящихся под напряжением.
На фиг.5 показан график спектральной функции напряжения типичной высоковольтной энергосистемы. График 110 отображает спектральную функцию напряжения в энергосистеме с линиями передач на 33 кВ, при этом по оси 112 ординат отложена амплитуда напряжения, а по оси 114 абсцисс - частота (0-10 кГц). Можно заметить, что в частотном диапазоне приблизительно от 2 кГц до 3 кГц наблюдается несколько всплесков 116 напряжения, указывающих на явление резонанса. На графике 120 представлена спектральная функция напряжения в энергосистеме с линиями передач на 33 кВ, в которой используют перенастраиваемый заземляющий соединитель 32, выполненный в соответствии с фиг.1. На графике 120 по оси 122 ординат отложена амплитуда напряжения, а по оси 124 абсцисс - частота (0-10 кГц). Можно заметить, что шкала амплитуды напряжения на графике 120 мельче по сравнению со шкалой амплитуды напряжения на графике 110. Кроме того, всплески 126 напряжения в частотном диапазоне приблизительно от 2 кГц до 3 кГц существенно ниже (ниже по амплитуде по меньшей мере в шесть раз), а это указывает на то, что перенастраиваемый заземляющий соединитель способствует подавлению резонанса.
Принимая во внимание спектральную функцию напряжения, представленную на графиках 110 и 120, можно сделать вывод о возможности использования перенастраиваемого заземляющего соединителя в качестве усовершенствованной меры борьбы с электрическим резонансом с помощью перестройки резонансной точки (регулирования вариометра) в положение, в котором не возникает резонанса. В одном варианте выполнения перестройка может быть выполнена вручную или с помощью простой системы управления, которая измеряет индуктивный ток и соответствующим образом изменяет значение индуктивности до тех пор, пока измеряемый ток не достигнет минимального значения. При изменяющейся/гармонической функции напряжения/гармоник, например, в Кабелях двигателя с регулируемой скоростью вращения, при переменной частоте переключения, заземляющий соединитель 32, показанный на фиг.1, может содержать параллельный резистор для обеспечения подавления резонанса. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что спектральная функция напряжения, изображенная на фиг.5, является частью иллюстративного варианта выполнения. Тем не менее, любая энергосистема, которая испытывает электрический резонанс, может содержать заземляющий соединитель в качестве средства погашения резонанса.
Для обеспечения уменьшения недостатков активных и гибридных фильтров варианты выполнения данного изобретения нацелены на минимизацию потерь энергии в системе погашения резонанса, а для обеспечения более гибкого изменения параметров энергосистемы применяют перестраиваемые компоненты. Преимущественно данный заземляющий соединитель может использоваться в разнообразных областях применения, в том числе в применениях, в которых подключены двигатели с регулируемой скоростью вращения. В таких двигателях с регулируемой скоростью вращения, работающих на регулируемой электрической частоте, можно погасить несколько резонансных точек вплоть до более низкого частотного диапазона. Перестраиваемый заземляющий соединитель наиболее подходит для противодействия электрическому резонансу, поскольку компенсирующая технология, применяемая в системе управления преобразователем действует менее эффективно при более высокой частоте. Перестраиваемый заземляющий соединитель позволяет создать устройство, которое работает при низком напряжении (с низкими затратами) и может использоваться как средство борьбы с электрическим резонансом, возникающим в областях применения больших схем управления (например, вместо применения в энергосистеме схемы с активным/гибридным фильтром).
Несмотря на то что в данном документе приведены и описаны только некоторые характерные особенности изобретения, специалистами в данной области техники могут быть выполнены различные модификации и изменения. Таким образом, следует понимать, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие модификации и изменения, которые находятся в пределах реальной сущности изобретения.
СПИСОК ЭЛЕМЕНТОВ
10 высоковольтная трехфазная энергосистема
12 высоковольтная сеть
14 приемная подстанция
16 высоковольтные кабели
18 силовой трансформатор
20 высоковольтные кабели
22 коммутационная станция
24 трансформаторы
26 размыкатели цепи
28 электродвигатель/средство обеспечения
30 соединение
32 заземляющий соединитель
36 земля
42 перестраиваемый резистор
44 варистор
46 вариометр
48 соединение
50 соединение
52 конфигурация двухточечного заземления
54 жила высоковольтного кабеля
56 жила высоковольтного кабеля
58 жила высоковольтного кабеля
60 экран кабеля
62 экран кабеля
64 экран кабеля
66 соединение экрана кабеля
68 соединение экрана кабеля
70 заземляющий провод
72 конфигурация двухточечного заземления без заземляющего провода
74 заземляющий соединитель
76 конфигурация одноточечного заземления
82 высоковольтный кабель
84 медный провод
86 медный провод
88 медный провод
90 экран жилы
92 изолирующий слой
94 полупроводниковый изолирующий экран
96 заземляющий провод
98 филлеры
99 скрепляющая лента
100 оплетка
102 бандажные ленты/битумный компаунд
110 график
112 ось ординат/амплитуда напряжения
114 ось абсцисс/частота
116 всплески напряжения
120 график
122 ось ординат/амплитуда напряжения
124 ось абсцисс/частота
126 всплески напряжения

Claims (10)

1. Система для уменьшения резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме (10), содержащая:
гаситель (42) скачков напряжения, подсоединенный к указанной высоковольтной энергосистеме между оболочкой (60, 62, 64) кабеля и цепью (74) заземления и выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения, и
преобразователь (46) частоты, включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжений и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы.
2. Система по п.1, дополнительно содержащая варистор (44), включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжений и выполненный с возможностью предотвращения аномальных всплесков напряжения.
3. Система по п.2, в которой указанный варистор (44) содержит по меньшей мере один металлооксидный варистор или нелинейный резистор.
4. Система по п.1, в которой указанный гаситель скачков напряжения дополнительно выполнен с возможностью ослабления резонансных пиков, возникающих вследствие нелинейных гармонических искажений.
5. Система по п.1, в которой указанный частотный преобразователь содержит детюнер, выполненный с возможностью сдвига параллельной резонансной частоты.
6. Система по п.1, дополнительно выполненная с возможностью сдвига резонансной частоты указанной высоковольтной энергосистемы.
7. Устройство для подавления гармонического резонанса, содержащее:
перестраиваемый резистор (42), выполненный с возможностью ограничения скачков напряжения, возникающих вследствие нелинейных гармонических искажений,
вариометр (46), подсоединенный к указанному перестраиваемому резистору и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты системы, и
варистор (44), подсоединенный к указанному вариометру и выполненный с возможностью предотвращения аномальных всплесков напряжения.
8. Система для контроля и подавления резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме, содержащая:
гаситель (42) скачков напряжения, подсоединенный к указанной высоковольтной энергосистеме между кабелем и цепью заземления и выполненный с возможностью ограничения скачков напряжения,
преобразователь (46) частоты, включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжений и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы,
варистор (44), включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжения и выполненный с возможностью предотвращения аномальных всплесков напряжения,
контролирующее устройство, подсоединенное к гасителю скачков напряжения и выполненное с возможностью записи набора параметров сети,
цепь автоматической настройки, подсоединенная к указанному контролирующему устройству и выполненная с возможностью регулировки стабилизированного напряжения и преобразователя частоты с учетом указанных параметров сети.
9. Способ подавления резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме, включающий:
введение комплексного сопротивления в цепь заземления путем предотвращения скачков напряжения, возникающих в результате резонанса при нелинейных гармонических искажениях, выполнение сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы и предотвращение аномального повышения напряжения, возникающего в указанной энергосистеме.
10. Система для уменьшения резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме, содержащая:
гаситель (42) скачков напряжения, подсоединенный к указанной высоковольтной энергосистеме между частью кабеля, не находящейся под напряжением, и цепью заземления и выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения,
преобразователь (46) частоты, включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжения и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты указанной высоковольтной энергосистемы.
RU2009141805/07A 2008-11-14 2009-11-13 Система и способ для подавления резонанса RU2508589C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/270,885 2008-11-14
US12/270,885 US20100123356A1 (en) 2008-11-14 2008-11-14 Resonance mitigation system and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009141805A RU2009141805A (ru) 2011-05-20
RU2508589C2 true RU2508589C2 (ru) 2014-02-27

Family

ID=41527771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009141805/07A RU2508589C2 (ru) 2008-11-14 2009-11-13 Система и способ для подавления резонанса

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20100123356A1 (ru)
EP (1) EP2187495A3 (ru)
JP (1) JP2010119288A (ru)
KR (1) KR20100054751A (ru)
CN (1) CN101741089A (ru)
CA (1) CA2684131A1 (ru)
RU (1) RU2508589C2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622113C2 (ru) * 2014-07-03 2017-06-13 Зе Боинг Компани Способ конструирования фильтров электромагнитных помех для использования с преобразователями энергии
RU2665741C1 (ru) * 2017-03-01 2018-09-04 Илья Николаевич Джус Устройство для испытания управляемых шунтирующих реакторов
RU2722284C1 (ru) * 2019-08-12 2020-05-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" Устройство для предотвращения отказов силовых трансформаторов от поступления в их обмотки высокочастотных сигналов из распределительных сетей с изолированной нейтралью при возникновении в них аварийных режимов

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2392934B1 (de) * 2010-06-02 2019-02-06 Omicron Energy Solutions GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Mantelspannungsableiters eines Kabelsystems
WO2012029093A1 (ja) * 2010-09-02 2012-03-08 トヨタ自動車株式会社 周波数制御装置および充電システム
CN102497109B (zh) * 2011-12-14 2014-03-05 国电南京自动化股份有限公司 一种基于谐振点自适应的注入式电源设计方法
US9336929B2 (en) * 2012-05-18 2016-05-10 Schlumberger Technology Corporation Artificial lift equipment power cables
CN103023012B (zh) * 2012-11-25 2015-10-14 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 一种柔性直流输电系统换流站滤波器的设计方法
US9293670B2 (en) * 2014-04-07 2016-03-22 Crystal Is, Inc. Ultraviolet light-emitting devices and methods
EP3218732B1 (en) * 2014-11-11 2018-10-31 Koninklijke Philips N.V. Gradient amplifier system in a mri system and method for supplying current using the system
US10483902B1 (en) * 2018-08-29 2019-11-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. System and method for reducing current harmonic distortion in a motor controller
CN112615378B (zh) * 2020-12-08 2023-03-24 深圳供电局有限公司 配电网高频谐振频移方法、装置以及计算机可读存储介质
CN117728478B (zh) * 2024-02-08 2024-04-19 四川大学 并联型三端直流输电系统线路分段处谐波传递分析方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU137247A1 (ru) * 1960-06-07 1960-11-30 М.Б. Меклер Поворотный кран
SU1136251A1 (ru) * 1983-03-30 1985-01-23 Павлодарский Индустриальный Институт Устройство дл заземлени нейтрали в сет х с малыми токами замыкани на землю
RU753U1 (ru) * 1994-04-12 1995-08-16 SMA Corporation Электрическая сеть для объектов вычислительной техники и других технических систем
US6429546B1 (en) * 1998-11-20 2002-08-06 Georgia Tech Research Corporation Systems and methods for preventing islanding of grid-connected electrical power systems
US6573726B1 (en) * 2000-05-02 2003-06-03 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Sensitive ground fault detection system for use in compensated electric power distribution networks
RU2211518C2 (ru) * 1996-05-29 2003-08-27 Абб Аб Высоковольтная электрическая машина переменного тока
RU36580U1 (ru) * 2003-06-30 2004-03-10 Пак Юрий Эдуардович Сетевой фильтр
EP1456728B1 (en) * 2001-11-21 2006-12-27 Magtech As Device with controllable impedance

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2945136A (en) * 1959-11-20 1960-07-12 Ryan Aeronautical Co Harmonic distortion eliminator for a.c. generator
US4328474A (en) * 1980-01-28 1982-05-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electrical energy storage type filter
DE3338629A1 (de) * 1983-10-25 1985-05-02 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Drehstromfilterkreisanlage fuer stromrichteranlagen
US5515230A (en) * 1990-09-06 1996-05-07 Ashley; James R. Poly-phase coaxial power line efficiency enhancements
US5721662A (en) * 1992-07-29 1998-02-24 Act Communications, Inc. Floating ground isolator for a communications cable locating system
US5751138A (en) * 1995-06-22 1998-05-12 University Of Washington Active power conditioner for reactive and harmonic compensation having PWM and stepped-wave inverters
JPH0993813A (ja) * 1995-09-28 1997-04-04 Toyo Electric Mfg Co Ltd 系統電源共振抑制装置
US5567994A (en) * 1995-09-29 1996-10-22 Allen-Bradley Company, Inc. Active harmonic filter with time domain analysis
JPH09308224A (ja) * 1996-05-10 1997-11-28 Kansai Electric Power Co Inc:The 電力系統及び通信系統における高調波抑制回路
US6064259A (en) * 1998-07-24 2000-05-16 Nikon Corporation Of America High power, high performance pulse width modulation amplifier
DE29822425U1 (de) * 1998-12-16 1999-03-18 Asea Brown Boveri AB, Västerås Filtereinrichtung
JP2001145261A (ja) * 1999-11-11 2001-05-25 Toshiba Corp 高調波抑制装置
DE50115574D1 (de) * 2000-02-15 2010-09-16 Siemens Ag Bedämpfungseinrichtung für wenigstens ein elektrisches Kabel
US6486570B1 (en) * 2000-07-18 2002-11-26 Environmental Potentials, Inc. Waveform correction filters

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU137247A1 (ru) * 1960-06-07 1960-11-30 М.Б. Меклер Поворотный кран
SU1136251A1 (ru) * 1983-03-30 1985-01-23 Павлодарский Индустриальный Институт Устройство дл заземлени нейтрали в сет х с малыми токами замыкани на землю
RU753U1 (ru) * 1994-04-12 1995-08-16 SMA Corporation Электрическая сеть для объектов вычислительной техники и других технических систем
RU2211518C2 (ru) * 1996-05-29 2003-08-27 Абб Аб Высоковольтная электрическая машина переменного тока
EP0888661B1 (en) * 1996-05-29 2003-11-19 Abb Ab An electric high voltage ac generator
US6429546B1 (en) * 1998-11-20 2002-08-06 Georgia Tech Research Corporation Systems and methods for preventing islanding of grid-connected electrical power systems
US6573726B1 (en) * 2000-05-02 2003-06-03 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Sensitive ground fault detection system for use in compensated electric power distribution networks
EP1456728B1 (en) * 2001-11-21 2006-12-27 Magtech As Device with controllable impedance
RU36580U1 (ru) * 2003-06-30 2004-03-10 Пак Юрий Эдуардович Сетевой фильтр

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622113C2 (ru) * 2014-07-03 2017-06-13 Зе Боинг Компани Способ конструирования фильтров электромагнитных помех для использования с преобразователями энергии
US9977858B2 (en) 2014-07-03 2018-05-22 The Boeing Company Electromagnetic interference filters for power converter applications
RU2665741C1 (ru) * 2017-03-01 2018-09-04 Илья Николаевич Джус Устройство для испытания управляемых шунтирующих реакторов
RU2722284C1 (ru) * 2019-08-12 2020-05-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" Устройство для предотвращения отказов силовых трансформаторов от поступления в их обмотки высокочастотных сигналов из распределительных сетей с изолированной нейтралью при возникновении в них аварийных режимов

Also Published As

Publication number Publication date
EP2187495A3 (en) 2014-08-20
EP2187495A2 (en) 2010-05-19
CA2684131A1 (en) 2010-05-14
KR20100054751A (ko) 2010-05-25
JP2010119288A (ja) 2010-05-27
RU2009141805A (ru) 2011-05-20
CN101741089A (zh) 2010-06-16
US20100123356A1 (en) 2010-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2508589C2 (ru) Система и способ для подавления резонанса
EP2421131A2 (en) Noise filter and an EMC filter using the same
JP5560024B2 (ja) 高調波フィルタ
EP3553935B1 (en) Power conversion device
KR101540998B1 (ko) 친환경 절전형 하이브리드 변압기
CA2318610C (en) Power conditioning circuit
CA2394853C (en) A three stage power conditioning circuit
EP4315545A1 (en) Electromagnetic interference filter
KR20050078537A (ko) 전도성 전자파 억제 필터
US5814901A (en) Harmonic blocking at source transformer
WO2016031299A1 (ja) 医療装置
KR102548055B1 (ko) Dc 필터 장치
KR101395960B1 (ko) 고조파 제거용 하이브리드 변압기
Sulaeman et al. Source and Load Impedance Mismatch Analysis of a Power Line Filter in Microgrid Application
EP2249564B1 (en) Electrical isolating device
Buzdugan et al. Some Procedures in Mitigating Conducted Electromagnetic Interference
US20200328597A1 (en) Device for generating electrical energy
KR20170124375A (ko) 고조파 필터 보호용 유해 고주파 제거장치
Lundmark et al. Unintended consequences of limiting high-frequency emission by small end-user equipment
RU2641097C1 (ru) Способ уменьшения высших гармонических составляющих напряжения
Asadi et al. Using an active resistive damper in hybrid active power filter to avoid resonance over-voltage
AU2007235535A1 (en) Polyphase power conditioning circuits
KR20240156259A (ko) 전원 노이즈 제거 장치
Maier et al. Low loss Motor Terminal Filter crushing du/dt Limitations
KR20240158667A (ko) 전원 노이즈 제거 장치

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141114