Порівняльний аналіз ефективності пасивного та активного фільтрів вищих гармонік в мережі з нелінійним навантаженням

Анотація

Наявність нелінійного навантаження, підключеного до мережі електроживлення, викликає викривлення синусоїдальної форми кривих струму та напруги, призводячи до виникнення вищих гармонік. Вищі гармоніки призводять до перевантаження та перегріву обладнання, зниження надійності та зменшення терміну його експлуатації, здатні здійснювати негативний вплив на якість електричної енергії. В рамках завдання щодо забезпечення надійності електричних мереж важливим завданням є контроль рівня гармонійних складових та застосування спеціальних пристроїв для мінімізації їх впливу. Для боротьби з вищими гармоніками в електричних мережах роблені та використовують різні пристрої, до яких відносяться лінійні дроселі, пасивні фільтри, активні фільтри. Вибір конкретного пристрою залежить від параметрів електромережі, типу та характеристик підключеного навантаження, рівня гармонійних складових, вимог до якості електричної енергії. Лінійні дроселі здатні знижувати рівень гармонік в електромережі, але, маючи ряд недоліків, потребують додаткового обгрунтування при прийнятті рішення про їх застосування. Пасивний фільтр має контур, що складається з дроселя, резистора та ємності, може мати різні конфігурації та налаштовується на частоту конкретної гармоніки для пригнічення її впливу. Пасивні фільтри більш ефективні в боротьбі з вищими гармоніками, генерованими нелінійним навантаженням, економічніші та простіші в обслуговуванні, але мають обмежений діапазон частот, фіксовані параметри та значні масогабаритні розміри, що обмежує коло їх використання. Активні фільтри мають у своєму складі активні компоненти для генерування сигналів, протифазних гармонійним складовим, завдяки чому компенсують вищі гармоніки. Активні фільтри більш гнучкі, здатні до корекції викривлених та формування сигналів, є значно ефективнішими за дроселі та пасивні фільтри, але менш економічно привабливі та більш енергоємні. В представленій роботі досліджені пасивний шестиланковий LC-фільтр та шунтуючий активний фільтр на основі принципу миттєвої компенсації активного та реактивного струмів. В активному фільтрі компенсація гармонійних викривлень забезпечується пропорційно-інтегральним регулятором. В роботі проведено імітаційне моделювання пасивного та активного фільтрів у складі електротехнічного комплексу термічної обробки металів, проаналізовані отримані результати компенсації гармонійних викривлень