Пассивные фильтры гармоник

Анонс: Гармонические возмущения в сетях низкого и среднего напряжения. Активные и пассивные фильтры гармоник в решении проблем гармонических возмущений. Пассивные фильтры гармоник для сетей низкого напряжения.

Очередной национальный тренд (цифровизации экономики), но по факту – планы цифровой трансформации электросетей в новой Энергетической стратегии России если и не изменили, то расширили традиционную для нашей страны концепцию качества электроэнергии, во всяком случае в отношении сетей низкого (Low Voltage - LV) и среднего (Medium Voltage - MV) напряжения.

Наконец баланс мощности в силовых сетях с нелинейной нагрузкой стали определять не по «треугольнику» на фундаментальной частоте, а по «параллепипеду» согласно IEEE 1459 с учетом нефундаментальной (nonfundamental apparent power) полной мощности, включающей мощности гармоник, искажений тока и искажений напряжения. А с начала 2021 начали действовать новые стандарты ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, определившие значения уровней электромагнитной совместимости для напряжений гармоник в сетях низкого и среднего, а также индикативные значения планируемых уровней для напряжений гармоник в сетях среднего, высокого и сверхвысокого напряжения в точках оценки (РОЕ - point of evaluation), общего присоединения (РСС - point of common coupling) и присоединения (РОС - point of connection). Причем стандарты формализуют факт эмиссии и трансмиссии гармоник между сетями разного напряжения (см. накопление гармонических возмущений в низковольтных сетях при трансмиссии согласно IEC TR 62001-2:2016 в этом материале), а также определяют ответственности сторон в точках присоединения (оценки, общего присоединения) за выполнение норм электромагнитной совместимости.

Справка:

Если для нашей страны повышенное внимание к гармоническим возмущениям в силовых сетях низкого и (отчасти) среднего напряжения до недавних пор было не характерным, то в развитых зарубежных странах это уже давно стало нормой. Это обусловлено не только трендом автоматизации силовых сетей с переходом на цифровое управление программно-аппаратными комплексами, но и реальной финансовой выгодой (прямой и косвенной) для предприятий при нивелировании гармоник. Как итог - IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker), BDEW (Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft) еще с начала века формализовали в стандартах предельные нормы гармонических токов в сетях низкого и среднего напряжения, что de facto стимулировало разработки в направлении устранения гармонических возмущений и определило лидерство ряда зарубежных компаний в этом сегменте.



Таблица. Предельные нормы гармонических токов (в % от номинального) в сетях низкого и среднего напряжения по зарубежным стандартам.
Порядок гармоники, hVDE-AR-N 4105 (LV)BDEW (MV) IEEE 1547 (LV & MV)
52,082,064
71,392,844
110,691,82
130,551,322
170,420,761,5
190,350,621,5
230,280,420,6
250,210,35(23≤h<35)
25 < h < 405,2/h8,67/h0,3
40 < h < 1806,24/h6,24/h(h>35)

В России пока разработка активных фильтров гармоник (АФГ) находится буквально на зачаточном уровне, а в сегменте пассивных фильтров были и есть хорошие наработки, хотя и в основном «наследованные» с советских времен.

Активные и пассивные фильтры гармоник в решении проблем гармонических возмущений в силовых сетях низкого напряжения.

АФГ в целом правомерно отнести к наиболее прогрессивным на текущий момент фильтрующим устройствам благодаря принципу их работы – «вбрасыванию» в сеть токов в противофазе реактивным токам нагрузки, причем все равно какой – емкостной или индуктивной, что позволяет практически «обнулить» гармонические искажения в большом спектре частот. Наряду с этим, АФГ очень дорогие и их цена растет с увеличением мощности и расширением спектра демпфируемых гармоник, работают фильтры только по стороне сети ниже места подключения, а сам инвертор (ШИМ-преобразователь) активного фильтра является источником гармонических возмущений.

Предельно осложняет покупку АФГ комплектные поставки из-за рубежа уже с «пакетом» дорогих IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) транзисторов в силовом и управляющем блоках и, хотя производители предлагают «отключить» те или иные «ветви» генерации гармоник при настройке, но платить приходится «оптом за все». Поэтому, а особенно с учетом экономического спада в стране в период пандемии активные фильтры гармоник можно признать хорошим, но вряд ли целесообразным решением очистки силовой сети от гармонических возмущений. Тем более, что для превалирующего большинства силовых сетей отечественных предприятий, в том числе с ШИМ-преобразователями характерны большие амплитуды токов гармоник до 13-15 порядков, с которыми хорошо стравляются и экономичные по инвестициям пассивные фильтры.

Пассивные фильтры гармоник для сетей низкого напряжения.


На текущий момент технически корректной является терминология IEC 61642, где выделены tuned filter - настроенный или резонансный (узкополосный) с частотой настройки в пределах отклонения не более 10% от фильтруемой частоты, detuned filter – расстроенный (иногда антирезонансный) с частотой настройки на 10% и меньше частоты гармоники с максимальной амплитудой и самого низкого порядка (обычно используется в «дроссельных» фильтровых УКРМФ или УКРМТФ), damped filter - демпфирующий фильтр с низким комплексным сопротивлением в большой полосе частот. Этой терминологии придерживаются и новые отечественные стандарты (действуют с начала 2021) ГОСТ Р 59032.1-4-2020 по спецификации и проектированию фильтров гармоник, где в первой части приведен обзор, во второй – измерения, проверки, ответственности изготовителя и заказчика, в третьей – моделирование и в четвертой - оборудование и расчет.

Справка:

Несмотря на то, что пакет ГОСТ Р 59032.1-4-2020 ориентирован на высоковольтные сети, общие принципы проектирования могут и должны применяться и для пассивных фильтров сетей среднего и низкого напряжения, в том числе расчеты по ГОСТ Р 59032.4-2020, где учтены практически все факторы, влияющие на работу устройства и эффективность фильтрации гармонических возмущений.


Наиболее простыми и эффективными для подавления гармоник первых порядков вплоть до 13-17 пока остаются настроенные фильтры в виде колебательных LC-, а чаще RLC-контуров, в которых дополнительно вводится резистивное сопротивление для демпфирования зависимости работы контура от сопротивления силовой сети. Демпфированные RLC-фильтры имеют большую полосу пропускания, но меньшую добротность, чем типовые LC-цепочки, а при необходимости подавления двух и более гармоник набираются в общий блок из модулей с параллельным подключением и настройкой каждого модуля на «свою» гармонику.


IEC 61642 определяет правила использования пассивных фильтров с несколькими ветвями (модулями), в том числе по подключению цепей – все вместе, автономно или попарно (например, 5-й и 7-й, 5-й и 11-й гармоник), но исключительно последовательно в порядке возрастания порядка гармоники (5, 7, 11 и т.д.), отключению (последовательно от фильтров гармоник более высокого порядка). Так же стандарт рекомендует настройки частот пассивных фильтров (резонансных и демпфирующих) для сетей с разным типом нагрузок.


 607   25.04.2021
Если голосом проще!
Менеджеры готовы принять заявку. Телефоны:
8(800) 707-05-88
(многоканальный)
+7(916) 227-27-07
(WhatsApp)
Если проще написать!
В заявке укажите какая продукция Вас интересует.
Оставить заявку

Ждем Вас в гости!
Согласуйте время и приезжайте в наши офисы для получения технических консультаций
перейти к контактам