Problematyka jakości energii 

elektrycznej w sieciach n.n

Dr inż. Adam Penczek

penczek@agh.edu.pl

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych

PRZEBIEG PREZENTACJI



Wprowadzenie



Jakość energii elektrycznej w sieciach jednofazowych



Metody poprawy jakości e.e



Filtracji aktywna - idea

Podstawowe wskażniki

I

U

S

[VA] – moc pozorna

cos

I

U

P

[W] – moc czynna

sin

I

U

Q

[VAr] – moc bierna

1

cos

DPF

- Displacement power factor

DPF

I

I

S

P

PF

s

s1

- Power Factor

Jakość energii elektrycznej

–

opis w dziedzinie 

częstotliwości

1

2

1

2

s

s

s

I

I

I

THD

Total Harmonic Distortion

s

peak

s

I

I

Factor

Crest

,

_

Współczynnik kształtu (I

s

Jakość energii elektrycznej

–

opis w dziedzinie czasy

Definicja prądów wg 

S.Fryzego:

q

p

i

i

i

składowa aktywna

odpowiedzialna za

przekaz energii ze źródła 

do obciążenia

składowa nieaktywna

nie uczestniczy w przekazie 

energii ze źródła do 

obciążenia

Definicja prądów wg 

S.Fryzego:

q

p

i

i

i

składowa aktywna

odpowiedzialna za

przekaz energii ze źródła 

do obciążenia

składowa nieaktywna

nie uczestniczy w przekazie 

energii ze źródła do 

obciążenia

URZĄDZENIA ENERGOELEKTRONICZNE JAKO JEDNA 

Z PRZYCZYN POGORSZENIA JAKOŚCI ENERGII  

URZĄDZENIE ENERGOELEKTRONICZNE

• układy napędowe, 
• trakcja elektryczna

Urządzenia trójfazowe 

dużej i średniej mocy

Odbiorniki jednofazowe 

małej mocy

Typowy zasilacz wykorzystywany w sprzęcie AGD RTV

NEGATYWNE ODDZIAŁYWANIE NA SYSTEM 

ELEKTROENERGETYCZNY

ODDZIAŁYWANIE:

•

generowanie harmonicznych prądu,

•

pobór mocy biernej indukcyjnej,

(związanej z przesunięciem podstawowej składowej prądu w stosunku do napięcia)

•

generowanie składowych  prądu wysokiej częstotliwości

SKUTKI :

• odkształcenia napięcia zasilania

(w wyniku spadków powodowanych przepływem składowych wyższych harmonicznych prądu)

• zwiększenie wartości skutecznej prądu,

• straty mocy czynnej,

(wywołane przepływem nieaktywnej składowej prądu przez system elektroenergetyczny)

• zmniejszenie wartości skutecznej podstawowej harmonicznej napięcia,

(spowodowanej przez spadek napięcia wywołany przepływem podstawowej harmonicznej 

prądu biernego)

• niesymetria 

SPOSOBY POPRAWY JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

POPRAWA JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZENEJ

- energetyczne filtry pasywne LC,
- baterie kondensatorów,
- nadążne kompensatory FC TCR,
- maszyny synchroniczne,
- kompensatory STATCOM 

-

energetyczne filtry aktywne

METODA1

Konstruowanie odbiorników 

w ten sposób aby od strony 

źródła były „postrzegane” jak 

obciążenie rezystancyjne

METODA2

Stosowanie urządzeń 

mających na celu poprawę 

jakości energii elektrycznej

- zasilacze z sinusoidalnym 

prądem źródła

METODA1 

– redukcja odkształceń poprzez 

zastosowanie filtru LC

METODA 1 

– układy PFC

METODA 2 – Stosowanie urządzeń 

kompensujących

- energetyczne filtry pasywne LC,
- baterie kondensatorów,
- nadążne kompensatory FC TCR,
- maszyny synchroniczne,
- kompensatory STATCOM 

-

energetyczne filtry aktywne

METODA 2 – Stosowanie urządzeń 

kompensujących

Definicja prądów wg 

S.Fryzego:

q

p

i

i

i

składowa aktywna

odpowiedzialna za

przekaz energii ze źródła 

do obciążenia

składowa nieaktywna

nie uczestniczy w przekazie 

energii ze źródła do 

obciążenia

 

składowa  
aktywna

 

składowa  
nieaktywna

 

i 

S

 

 

 

i 

Lq

 

 

 

FILTR 

 

AKTYWNY

 

i 

Lp

 

 

 

ODBIORNIK 

 

NIELINIOWY

 

Definicja prądów wg 

S.Fryzego:

q

p

i

i

i

składowa aktywna

odpowiedzialna za

przekaz energii ze źródła 

do obciążenia

składowa nieaktywna

nie uczestniczy w przekazie 

energii ze źródła do 

obciążenia

ZASADA DZIAŁANIA FILTRU AKTYWNEGO

Fq

Lq

i

i

Filtr aktywny ma za zadanie wygenerowanie 

składowej nieaktywnej prądu, równej co do 

wartości lecz o przeciwnym znaku niż 

składowa nieaktywna prądu obciążenia

W efekcie działania FA prąd źródła powinien 

być sinusoidalny i współfazowy z napięciem  

 

 

 

składowa  
aktywna 

 

składowa 
nieaktywna

 

i 

S

 

 

 

i 

Lq

 

 

 

i 

Fq

 

 

 

FILTR 

 

AKTYWNY

 

 

 

i 

Lp

 

 

 

i 

Fp

 

 

 

ODBIORNIK 

 

NIELINIOWY

 

 

 

Podłączenie równoległego FA do systemu

i(t)

NONLINEAR
LOADS

-

i

zadawany

X

RU

RI

-

U

0

APF

PCC

(Poin of  Common  

Coupling)

REALIZACJA JEDNOFAZOWEGO FILTRU AKTYWNEGO

 

T3 

L

F 

T1 

T2

 

T4 

u

d 

i

d

 

u

d

 

u

s

 

C 

Obciążenie 

DC 

i

F

 

L

S 

Obciążenie 

AC 

Możliwość generowania prądów nieaktywnych wynika z tego, że 

przekształtnik można traktować jako falownik zasilany napięciem stałym 

z własnego kondensatora, śledzący za wzorcem prądu nieaktywnego

Generowanie prądów nieaktywnych nie powoduje rozładowania

kondensatora, gdyż z prądami tymi związana jest zerowa moc

KSZTAŁTOWANIE PRZEBIEGU PRĄDU FALOWNIKA

metoda bipolarna

(łączniki są przełączane parami 
T1-T4, T2-T3)

+

 

T1

 

T3

T2

 

T4

 

U

d

 

u

s

(t) 

 

T1

 

T3

T2

 

T4

 

U

d

 

u

s

(t) 

 

T1

 

T3

T2

 

T4

 

U

d

 

u

s

(t) 

 

T1

 

T3

T2

 

T4

+

 

U

d

 

u

s

(t) 

 

T1

 

T3

T2

 

T4

 

U

d

 

u

s

(t) 

 

T1

 

T3

T2

 

T4

+

 

U

d

 

u

s

(t) 

+

 

T1

 

T3

T2

 

T4

 

U

d

 

u

s

(t) 

 

T1

 

T3

T2

 

T4

 

U

d

 

u

s

(t) 

metoda unipolarna

(dodatnia pochodna prądu 

jest wywoływana zwarciem źródła 

przez indukcyjność filtru)

KLASYFIKACJA ZE WZGLĘDU NA STRATEGIE 

STEROWANIA PFA

składowa nieaktywna

prądu obciążenia

Otwarty

układ kompensacji

Zamknięty

układ kompensacji

i(t)

ODBIORNIK 
NIELINIOWY

-

i

zadawany

RU

RI

FGP,

FFT

Sygnał referencyjny (wzorcowy)

i(t)

ODBIORNIK 
NIELINIOWY

-

i

zadawany

X

RU

RI

-

U

0

składowa aktywna 

prądu źródła

PFA

PFA

JAK KOMPENSOWAĆ ?

   

 

2ms 

a) 

4A 

u

L

 

i

L

 

2ms 

b) 

4A 

u

L

 

i

L

 

PRZYKŁADOWE PRZEBIEGI UZYSKANE 

W TRAKCIE BADAŃ SYMULACYJNYCH 

=90

0

i

s

R

L

i

f

PFA

i

obc

20m

60m

100m

140m

180m

0

t [s]

0

0

10A

650V

700V

600V

i

s

u

s

u

d

i

obc

i

f

R=1

15

L

s

u

s

~ 

i

f

20m

60m

100m

140m

180m

0

t [s]

0

0

10A

650V

700V

600V

i

s

u

s

u

d

i

obc

i

f

PFA

JEDNOFAZOWY PROSTOWNIK-FILTR AKTYWNY

DODATKOWE ZASTOSOWANIE



Kompensatora gwałtownych wahań mocy czynnej 

(spawarki, zgrzewarki)



Prostownika z sinusoidalnym prądem źródła



Układu bezprzerwowego zasilania (UPS) 

(zastosowanie dodatkowego, źródła napięcia stałego 

w postaci baterii akumulatorów)

Oprócz kompensacji składowej nieaktywnej prądu 

opisywany przekształtnik może pełnić funkcję:

Literatura

[1]  MOHAN, UNDELAND, ROBINS 

„POWER ELECTRONICS”

[2]  H. RASHID „POWER ELECTRONICS 

HANDBOOK”

[3]  S.PIRÓG „ENERGOELEKTRONIKA –

układy o komutacji sieciowej i o komutacji 
twardej”

Dziękuję z uwagę