Аналіз потоків енергії в системах електропостачання з нелінійними приймачами

Abstract

Розглянуті питання аналізу несинусоїдних режимів системи електропостачання з нелінійними елементами та їх вплив на економічність електропередачі. Проведено числовий аналіз потоків енергії на прикладі трифазної системи електропостачання з джерелом синусоїдної ЕРС, лінійними активними електроприймачами та нелінійними елементами (діодами). Процес передачі енергії розглядається як поширення первинного потоку енергії від джерела, частину якого нелінійні приймачі перетворюють і повертають назад у мережу вторинним потоком енергії нульової та вищих гармонік, яка споживається резистивними елементами кола, спричиняючи додаткові втрати потужності, внаслідок чого знижується ККД передачі й коефіцієнт потужності та погіршується якість електроенергії. Запропоновано з метою підвищення якості електроенергії нормувати відносне значення реактивної потужності спотворення для нелінійних електроприймачів та зобов’язати виробників електротехнічної продукції комплектувати їх фільтрами вищих гармонік. З метою правильного вибору типу і потужності компенсувальних пристроїв та моніторингу параметрів режиму електричної мережі запропоновано розширити функціональні можливості електронних лічильників, розділивши реактивну потужність на дві складові - потужність зсуву і потужність спотворення, а для об’єктивного аналізу потоків енергії запропоновано стандартизувати реактивну потужність спотворення. Показано, що в системі з нелінійними споживачами збільшується струм у нейтральному проводі за рахунок накладання струмів гармонік нульової послідовності, що потрібно враховувати при виборі його перерізу та розрахунку втрат потужності.

The problem of the non-sinusoidal modes analysis of the power supply system with non-linear elements and their influence on the efficiency of the power transmission are considered. It is carried out numerical analysis of electric energy flows for three phase power supply system with sinusoidal electromotive force source, linear active load and non-linear elements (diodes). Power transfer is considered as distribution of the primary power flow from source. The part of this flow is converted by non-linear elements and return into the network like secondary power stream of zero sequence and high harmonics which is consumed by resistance elements and causes additional power losses. As a result transporting efficiency and power factor are reduced and energy quality becomes worse. In order to improve the quality of electricity, it is proposed to normalize the relative value of the reactive power of distortion for non-linear electric collectors and to oblige manufacturers of electrical products to complete them with filters of higher harmonics. With the purpose of correct selection of the type and power of compensating devices and monitoring the parameters of the electric network mode, it is proposed to expand the functionality of electronic meters by dividing the reactive power into two components - shear power and distortion power, and for the objective analysis of energy flows, it is proposed to standardize the reactive power of distortion. It is shown that in such system current in neutral line increases due to overlaying of zero sequence harmonics currents. This should be taking into account during neutral line cross-section choice and power losses calculation.