ПРИМЕНЕНИЕ ПАССИВНЫХ, АКТИВНЫХ, ГИБРИДНЫХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ УРОВНЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

USE OF PASSIVE, ACTIVE, HYBRID FILTERS TO REDUCE THE LEVEL OF HIGHER HARMONICS IN POWER SUPPLY SYSTEMS

Salimgarayev Nurislam

Graduate student, Department of power supply of industrial enterprises, Kazan State Power Engineering University,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

Высшие гармоники являются одной из основных проблем в системах электроснабжения, поскольку они могут вызывать искажение сигнала, негативное влияние на оборудование и снижение эффективности системы. В данной статье рассматривается применение пассивных, активных и гибридных фильтров для уменьшения уровня высших гармоник в системах электроснабжения. Описаны принципы работы и преимущества каждого типа фильтров, а также проведено сравнение их эффективности.

ABSTRACT

High harmonics are one of the major problems in electricity supply systems because they can cause signal distortion, negative effects on equipment and reduced system efficiency. This paper discusses the use of passive, active and hybrid filters to reduce harmonics in power supply systems. The operating principles and advantages of each type of filter are described and their efficiency is compared.

Ключевые слова: высшие гармоники, пассивные фильтры, активные фильтры, гибридные фильтры, системы электроснабжения, фильтрация гармоник, качество электроэнергии, реактивная мощность, силовая электроника, энергетическая эффективность.

Keywords: higher harmonics, passive filters, active filters, hybrid filters, power supply systems, harmonic filtering, power quality, reactive power, power electronics, energy efficiency.

Высшие гармоники – это компоненты электрического сигнала, частота которых кратна основной частоте сети. Они возникают из-за нелинейных нагрузок, таких как преобразователи частоты, выпрямители и диоды. Высшие гармоники могут вызывать различные проблемы, такие как перегрев оборудования, искажение сигнала и увеличение потерь в системе. В связи с этим разработка и применение эффективных методов фильтрации высших гармоник является актуальной задачей.

Пассивные фильтры состоят из комбинации индуктивных и емкостных элементов, подключенных к сети параллельно или последовательно. Они обеспечивают эффективное подавление гармоник за счет резонансного эффекта. Однако, пассивные фильтры имеют некоторые недостатки, такие как ограниченный диапазон фильтрации, возможность самовозбуждения и большие габариты.

Помимо ранее упомянутых преимуществ и недостатков пассивных фильтров, стоит отметить, что они обладают простотой в эксплуатации и низкой стоимостью. Также, пассивные фильтры не требуют дополнительного источника питания, что может быть полезным в условиях ограниченных ресурсов. Однако недостатком является необходимость настройки фильтра на определенные частоты, что ограничивает его универсальность.

Активные фильтры представляют собой силовые электронные устройства, которые генерируют компенсирующий ток для устранения гармоник. Они обладают высокой степенью адаптивности и способны фильтровать широкий спектр гармоник. Однако активные фильтры также имеют недостатки, включая высокую стоимость и сложность установки и настройки.

Активные фильтры также способны компенсировать не только гармоники, но и реактивную мощность, что улучшает качество электрической энергии и эффективность системы электроснабжения. Важным достоинством активных фильтров является их способность адаптироваться к изменениям нагрузки и гармоническому спектру. Однако, активные фильтры требуют сложных алгоритмов управления и могут создавать дополнительные потери энергии из-за конверсии электроэнергии.

Гибридные фильтры сочетают в себе преимущества пассивных и активных фильтров. Они состоят из пассивного фильтра, подключенного параллельно с активным фильтром. Гибридные фильтры обеспечивают более эффективное подавление гармоник, так как активный фильтр компенсирует динамические и непредсказуемые гармонические компоненты, а пассивный фильтр снижает стационарные гармоники. Однако стоимость гибридных фильтров может быть выше, чем у других типов фильтров.

Гибридные фильтры также могут быть разнообразными по своей конфигурации и применению, что позволяет инженерам выбирать наиболее подходящий тип фильтра в зависимости от специфических требований системы электроснабжения. Так, в некоторых случаях может использоваться комбинация нескольких пассивных и активных фильтров, обеспечивая оптимальную компенсацию гармонических составляющих.

Проводя сравнение стоит отметить, что выбор оптимального типа фильтра должен основываться на конкретных требованиях и условиях системы электроснабжения. Для сравнения эффективности различных типов фильтров параметрами могут включаться энергетическая эффективность, стабильность работы, возможность адаптации к изменениям нагрузки и условий сети, а также совместимость с другими компонентами системы электроснабжения. Таким образом, при сравнении различных типов фильтров стоит учитывать множество параметров, что позволит сделать более обоснованный выбор оптимального решения для конкретной системы электроснабжения.

В результате сравнения эффективности различных типов фильтров можно сделать следующие выводы:

– Пассивные фильтры предлагают простое и недорогое решение для устранения определенных гармонических составляющих, однако их применение ограничено из-за необходимости настройки на конкретные частоты и возможности самовозбуждения.

– Активные фильтры обеспечивают высокую степень адаптивности и эффективности в устранении широкого спектра гармоник, но их стоимость и сложность установки и настройки могут быть существенными.

–Гибридные фильтры, сочетая преимущества пассивных и активных фильтров, предоставляют наиболее гибкое и эффективное решение для устранения высших гармоник, однако их стоимость и сложность реализации могут быть выше по сравнению с другими типами фильтров.

В данной статье были рассмотрены основные типы фильтров для уменьшения уровня высших гармоник в системах электроснабжения: пассивные, активные и гибридные фильтры. Каждый тип фильтров имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор оптимального фильтра зависит от специфических условий и требований системы. В целом, гибридные фильтры предлагают наиболее эффективное решение для подавления гармоник, сочетая преимущества пассивных и активных фильтров. Однако их стоимость может быть выше, что делает их менее доступными для некоторых применений.

В заключение, выбор оптимального типа фильтра для уменьшения уровня высших гармоник в системах электроснабжения зависит от множества факторов, таких как специфика системы, требования к качеству электроэнергии, бюджет и ресурсы. Важно учитывать все аспекты при принятии решения о выборе фильтра, а также рассматривать возможность интеграции с другими технологиями для достижения наилучших результатов.

Список литературы:

1. Сравнительный анализ применения фильтрокомпенсирующих устройств в системах электроснабжения промышленных предприятий / Д. Ю. Руди, С. В. Горелов, К. С. Мочалин, А. А. Руппель // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Современные научные исследования: актуальные проблемы и тенденции». – 2019. – С. 225-232.
2. Дюдяков, А. А. Анализ эффективности работы гибридного фильтра / А. А. Дюдяков, С. А. Янченко, Д. В. Михеев // Промышленная энергетика. – 2022. – № 7. – С. 26-38. – DOI 10.34831/EP.2022.79.15.004.
3. Сычев, Ю. А. Повышение качества электроэнергии в системах электроснабжения минерально-сырьевого комплекса гибридными фильтрокомпенсирующими устройствами / Ю. А. Сычев, Р. Ю. Зимин // Записки Горного института. – 2021. – Т. 247. – С. 132-140. – DOI 10.31897/PMI.2021.1.14.
4. Активное фильтро-демпфирующее устройство для средневольтных сетей / Г. М. Мустафа, С. И. Гусев, Ю. М. Сеннов [и др.] // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2019. – № 3(54). – С. 84-89.
5. Расчёт параметров и анализ работы пассивного фильтра гармоник / М. Н. Атаманов, Н. М. Дрей, А. Г. Зиганшин, Г. М. Михеев // Вестник Чувашского университета. – 2020. – № 1. – С. 17-25.