Когда и чем нужно устранять интергармоники - Фильтры гармоник

Анонс: Когда, чем нужно устранять интергармоники и пороговые нормы интергармоник в стандартах. Способы смягчения и нивелирования интергармонических возмущений в силовых сетях

Финансово-экономическая деятельность любого объекта базируется на оценке выгоды и рисков инвестиций в то или иное мероприятие и такой подход разумно использовать при выявлении и решении проблемы качества электроэнергии в силовой сети. Так, если сегодня превалирующее большинство объектов разного назначения имеют реальные проблемы с перетоком реактивной мощности, а многие – и с гармониками на нефундаментальных частотах, то после (!) профессионально проведенного энергоаудита можно оценить целесообразность инвестиций в компенсацию конденсаторными установками и/или устранение гармонических возмущений активными (или пассивными) фильтрами гармоник. Однако в случае интергармонических искажений ситуация будет более сложная, как вследствие специфичности эффектов, так и из-за (условно) небольшой суммарной мощности интергармоник.

Когда, чем нужно устранять интергармоники и пороговые нормы интергармоник в стандартах.

В целом все эффекты влияния интергармоник на энергосистему делят на 3 категории – связанные с фликером, сходные (аналогичные) с гармониками и оказывающие негативное влияние на обмен информацией по линиям электропередач.

Стандарт IEEE 519 (включая версию 2022 года) вводит пределы интергармоник для предотвращения фликера, а IEC 61000-2-2 содержит аналогичные «стандартные уровни совместимости» для «интергармонических напряжений, возникающих на частоте, близкой к основной (50 Гц или 60 Гц), что приводит к амплитудной модуляции напряжения питания».

Оба стандарта ограничивают интергармонические возмущения частотами ниже второй гармоники для исключения фликера, однако дают мало рекомендаций по эффектам, аналогичным гармоническим искажениям, или для решения проблем связи по линии электропередачи. В IEEE 519 формализовано, что «влиянию интергармоник на другое оборудование и системы, такие как механические системы генераторов, двигатели, трансформаторы, системы сигнализации и связи, фильтры», следует уделять «должное внимание» и «соответствующие пределы интергармонического тока должны разрабатываться в каждом конкретном случае», а IEC 61000-2-2 предлагает, чтобы пределы интергармоник были аналогичны гармоническим пределам.

Т.е. по факту пока есть только нормы интергармоник для нивелирования рисков фликера, но с учетом текущего тренда перехода на «цифровые» сети, где те же ПАО «Россети» продвигают телекоммуникации по силовым сетям для контроля и управления в рамках автоматических (или автоматизированных) систем, ситуация должна измениться уже в ближайшей перспективе.

Способы смягчения и нивелирования интергармонических возмущений в силовых сетях

Негативы интергармонических искажений можно смягчить и даже нивелировать с помощью трех методов, по сути, применимых и к гармоникам – уменьшить уровень эмиссии, снизить чувствительность нагрузки и ограничить связь между источником и «приемником» интергармоник.

Как правило, снизить уровень эмиссии интергармоник очень сложно, поскольку генерация искажений напрямую связана с эффективностью работы источника (оборудования, устройства), а в случае связи – с самой функциональностью систем. Уменьшить чувствительность нагрузки к интергармоникам можно, но далеко не всей (исключая большую часть электроники) и только за счет использования более мощного оборудования, устройств, что дорого и не всегда целесообразно.

Наиболее простым и быстрым методом смягчения негативов интергармонических искажений пока остается ограничение связи между источниками интергармоник и чувствительными нагрузками путем установки специальных фильтров. Для защиты от интергармонических искажений силовой нагрузки используются типовые шунтирующие (параллельные) фильтры-ловушки из колебательных L-C контуров, которые настраиваются на резонанс с частотой (полосой частот) интергармоники, в случае связи по линии электропередач – последовательные пассивные фильтры, подбираемые по мощности.

Однако следует четко понимать, что:

• фильтрация будет эффективной, если проблему вызывает одна-две (или минимальное количество) интергармонических частот, а в случае нескольких интергармоник с разными частотами нужно проектировать многозвенный фильтр и только после проведения тщательного анализа спектра гармонических и интергармонических возмущений;
• активные фильтры гармоник (АФГ) – предварительно (в заводских условиях) настроенные устройства и они не работают с интергармониками, причем любой АФГ на базе IGBT является источником эмиссии интергармонических возмущений.

В целом уровень интергармонических искажений в энергосистеме даже крупных объектов довольно низкий, а потому решение проблемы интергармоник будет целесообразным только в случае регистрации явлений фликера и/или при дополнительном использовании силовой сети для передачи информации в системах автоматического или автоматизированного контроля и управления. Вместе с тем, при плановом (или связанным с интеграцией нового оборудования) энергоаудите стоит делать и оценку спектра, уровня, амплитуд интергармоник, поскольку некоторые негативы этих искажений аналогичны негативам гармоник и могут их усиливать.