Фильтр гармоник в электросети: Гармоники в электрических сетях: причины, источники, способы защиты

Содержание

Гармоники в электрических сетях: причины, источники, способы защиты

Работа большинства электрических приборов обеспечивается качеством поступающей на них электрической энергии. Но даже в условиях безаварийной работы в системе возникают процессы, обуславливающие возникновение гармоник в электрических сетях. При этом никаких отключений или нарушений может и не происходить, большинство гармоник спокойно вырабатываются во всех цепях, независимо от рода нагрузки. Однако с возрастанием их величины, возможен ряд негативных последствий, как для потребителей, так и для энергосистемы в целом.

Что такое гармоники?

Если напряжение и ток, вырабатываемые источником, максимально приближается к форме идеальной синусоиды, то из-за нелинейных нагрузок, подключенных к электрической цепи, форма начального сигнала получает искажение. Гармоники представляют собой производные по частоте от основной синусоиды в 50 Гц и являются кратными ее величине [ 1 ].

По кратности гармоники подразделяются на четные и нечетные.  То есть гармоника №1 – это 50 Гц, 2 – 100 Гц, 3 -150 Гц и т.д. Каждая из них является одной из составляющих результирующей формы напряжения и тока. А значит, что напряжение и ток в сети можно свободно разложить на гармонические составляющие [ 2 ].

Гармоники и их сложение

Посмотрите на рисунок выше, здесь вы видите детальный пример разложения синусоиды на гармоники и их влияние на форму синусоидального напряжения. В первой позиции изображены результирующая функция с нелинейными искажениями, которые обусловлены показанными ниже нечетными гармониками и подобными им с большей частотой. Величина этих гармоник будет определять величину скачков и провалов на результирующем сигнале. Поэтому, чем больше проявляется та или иная гармоника, тем больше кривая будет отличаться от синусоиды.

По сути, гармоника представляет собой паразитную ЭДС, которая никак не поглощается существующими потребителями или поглощается только частично. Из-за чего возникает негативное влияние на все силовые сети. Естественное поглощение осуществляют лишь активные сопротивления, но в размере пропорциональном потребляемой ими мощности. В то же время, сами потребители можно рассматривать как источники, активно генерирующие искаженный сигнал.

Причины и источники гармоник в электрических сетях

Главной причиной гармонического искажения является протекание каких-либо переходных процессов в электрических сетях. Независимо от характера созданной нагрузки, переходной процесс можно наблюдать в работе той же лампы накаливания, которая, казалось бы, характеризуется исключительно активными потерями. Так, разница между сопротивлением нити лампы в холодном и нагретом состоянии создает переходной процесс, который привносит скачок. Но из-за низкого уровня искажения и относительно кратковременного протекания, влияние на всю систему получается ничтожным.

Поэтому можно смело сказать, что и активные, и реактивные сопротивления в сетях электропитания могут способствовать генерации гармоник. Тем не менее, существует ряд устройств, обуславливающих весомую величину искажения, которая способна нанести существенный ущерб приборам. На практике к источникам искажения относят такие виды оборудования:

  • Силовое электрооборудование – приводы постоянного и переменного тока, высокочастотные плавильные печи, полупроводниковые преобразователи, источники бесперебойного питания (ИБП), преобразователи частоты.
  • Устройства, работающие по принципу формирования электрической дуги – электросварочные установки, дуговые печи, лампы освещения (ДРЛ, люминесцентные и другие).
  • Насыщаемые приборы – двигатели, трансформаторы, обладающие магнитопроводом, который может достигнуть насыщения петли гистерезиса. Без такового насыщения их вклад в формирование гармонической составляющей будет незначительным.

Среди бытовых приборов значительный вклад в генерацию несинусоидальных составляющих вносят те же микроволновые печи. Обратите внимание, что из-за особенностей режима работы одна такая печь способна кратковременно снижать уровень напряжения в сети на 2 – 4%, и, что куда более существенно, повышать коэффициент искажения его кривой на 6 – 18%.

Категории и принцип разделения

В соответствии с особенностями протекания процесса в сетях и источниках электропитания,

все гармонические составляющие условно разделяются по таким параметрам:

  • по пути распространения выделяют пространственные либо кондуктивные;
  • по прогнозируемости времени возникновения выделяют случайные либо систематические;
  • по продолжительности могут быть кратковременными (импульсными) либо длительными.

Так, импульсные возмущения обуславливаются единичными коммутациями в питающей сети, короткими замыканиями, перенапряжениями, которые после их отключения потребовали бы ручного включения. А в случае срабатывания АПВ, в основной гармонике появляются уже прогнозируемые изменения, наблюдающиеся в нескольких периодах.

Длительные изменения обуславливаются какой-либо циклической нагрузкой, подаваемой мощными потребителями. Для возникновения таких высших гармоник, как правило, необходима ограниченная мощность сети и относительно большие нелинейные нагрузки, обуславливающие генерацию реактивной мощности.

Возможные последствия

В случае постоянно присутствующего фактора, генерирующего гармоники, их воздействие может обуславливать различные негативные последствия в электрической сети.  Из которых особо следует выделить:

  • Сопутствующий нагрев, выводящий из строя изоляцию двигателей, обмоток трансформаторов, снижающий сопротивление конденсаторов и.т. При нагревании фазного провода или других токопроводящих элементов в диэлектриках возникают необратимые процессы, снижающие их изоляционные свойства.
  • Ложное срабатывание в распределительных сетях – приводит к отключению автоматов, высоковольтных выключателей и прочих устройств, реагирующих на изменение режима, обусловленное гармониками.
  • Вызывает асимметрию в промышленных сетях с трехфазными источниками при возникновении гармоники на одной фазе. От чего может нарушаться нормальная работа трехфазных выпрямителей, силовых трансформаторов, трехфазных ИБП и прочего оборудования.
  • Возникновение шума в сетях связи, влияние на смежные слаботочные и силовые кабели за счет наведенной ЭДС. На величину гармоники ЭДС влияет как расстояние между проводниками, так и продолжительность их приближения.
  • Приводит к преждевременному электрическому старению оборудования. За счет разрушения чувствительных элементов, высокоточные приборы утрачивают класс точности и подвергаются преждевременному изнашиванию.
  • Обуславливает дополнительные финансовые расходы, обуславливаемые потерями от индуктивных нагрузок, остановкой производства, внеочередными ремонтами и преждевременной поломкой.
  • Потребность увеличения сечения нулевых проводов в связи с суммированием гармоник кратных 3-ей в трехфазных сетях.

Рассмотрите на примере негативное влияние на работу трехфазных цепей. В идеальном варианте, когда каждая из фаз запитывает линейную нагрузку, система находится в равновесии. Это означает, что в сети отсутствуют гармоники, а в нулевом проводе ток, так как все токи при симметричной нагрузке смещены на 120º и компенсируют друг друга в нейтрали.

Если в схеме электроснабжения на одной из фаз возникает потребитель или фактор, искривляющий переменный ток, то возникает автоматическое изменение остальных фазных токов, их смещение относительно начальной величины и угла. Из-за нарушения симметрии и отсутствия компенсации в нулевом проводе начинает протекать ток.

Рис. 2. Развитие тока в нейтрали

Как показано на рисунке 2, нечетные гармоники кратные 3-ей обладают тем же направлением, что и основной ток. Но в связи с нарушением компенсирующего эффекта симметричной системы, они накладываются друг на друга и способны выдать в нейтраль ток, значительно превышающий номинальный для этой цепи. Из-за чего возникает перегрев, который может вызвать аварийные ситуации.

Все вышеперечисленные последствия ведут к снижению качества электрической энергии, чрезмерным перегрузкам и последующему падению фазного напряжения. В частных случаях, последствия протекания гармоник могут создавать угрозу для персонала и потребителей. С целью предотвращения таких последствий на электростанциях, трехфазных кабелях и прочем оборудовании устанавливается защита от гармоник [ 3 ].

Защита от гармоник

Для защиты применяются устройства с активными и пассивными элементами, действие которых направлено на поглощение или компенсацию гармоник в сети. Наиболее простым вариантом являются LC-фильтры, состоящие из линейного дросселя и конденсатора.

Рис. 3. Схема  LC-фильтра

Посмотрите на рисунок 3, здесь изображена принципиальная схема фильтра. Его работа основана на индуктивном сопротивлении катушки L, которое не позволяет току мгновенно набирать или терять величину. И на емкости конденсатора C, которая обеспечивает постепенное нарастание или падение напряжения. Это означает, что гармоники не могут резко изменить форму синусоиды и обеспечивают ее плавное нарастание и спад на нагрузке RН.

При последовательном включении катушки и конденсатора с конкретной подборкой параметров,  их комплексное сопротивление будет равно нулю для какой-то гармоники. Недостатком такого пассивного фильтра является необходимость формирования отдельной цепи для каждой составляющей в сети. При этом необходимо учитывать их взаимодействие. Так, к примеру, при гашении пятой гармоники происходит усиление седьмой, поэтому на практике устанавливаются несколько фильтров подряд, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Шунтирующий фильтр

За счет того, что каждая цепочка  L1-C1, L2-C2, L3-C3 шунтирует соответствующую составляющую, фильтр получил название шунтирующего. Помимо этого, в качестве входного фильтра могут применяться устройства с активным подавлением гармоник.

Рис. 5 Принцип действия активного кондиционера гармоник

Посмотрите на рисунок 5, здесь изображен активный фильтр. Источник питания генерирует ток ips, на который оказывает влияние нелинейная нагрузка, из-за чего в сети получается несинусоидальная кривая in. Активный кондиционер гармоник (АКГ) измеряет величину всех нелинейных токов iahc и выдает в сеть такие же токи, но с противоположным углом. Что позволяет нейтрализовать гармоники и выдать потребителю ток первой гармоники максимально приближенный к синусоиде.

Установка любого из существующих видов защиты требует детального анализа гармонических составляющих, нагрузок, коэффициентов амплитуды и коэффициентов мощности для конкретной сети. Чтобы подобрать наиболее эффективный способ удаления и выполнить соответствующие настройки.

Видео к статье

Список использованной литературы

  • Арриллага Дж., Брэдли Д., Боджер П. «Гармоники в электрических системах» 1990
  • Бржезицкий В.А., Найдовский А. В., Бутов С. В. «О влиянии высших гармонических составляющих напряжения на характеристики измерительных трансформаторов» 1983
  • Волков А.И., Макарова ТМ., Полевая В.П., Рыжов ЮМ., Федченко В.Г. «О влиянии долевого участия выпрямительной нагрузки на гармонический состав напряжения автономной системы» 1974
  • Жаркий А. Ф., Каплычный Н.Н. «Анализ высших гармоник в низковольтных сетях с помощью традиционных моделей» 2001
  • Шидловский А.К., Драбович Ю.И., Комаров Н.С., Москаленко ГА., Козлов А.В. «Анализ гармонического состава потребляемого тока преобразователя переменного напряжения в постоянное с улучшенной электромагнитной совместимостью»  1987

Высшие гармоники в электросетях

Высшие гармоники в сети.
           В связи с быстрым ростом применения устройств использующих в своей схеме тиристоры, которые часто генерируют в сеть гармоники, появилось достаточно большое количество возмущений в электросетях.
            Эти возмущения приводят к систематическому недопроизводству, а то и сбоям производственного оборудования. Поэтому, необходимо использовать фильтры гармоник для предотвращения роста уровня нелинейных искажений в сети, поглощения (тепловыделения) гармоник, а также для рационального использования электроэнергии.

Что такое гармоники?
            Искаженная кривая тока или напряжения может быть разложена на фундаментальную синусоиду (50 Гц) и сумму  определенного количества частот кратных 50 Гц. Например 250 Гц – 5-я гармоника и 350 Гц  - 7-я гармоника.
            Сумма  определенного количества частот, которые могут быть добавлены к синусоиде 50 Гц для получения существующей  формы тока или напряжения и называется гармониками. Соответственно при изменении их амплитуды, фазы и частоты изменяется  кривая тока или напряжения как результат синтеза гармоник.
            Нелинейные искажения проявляются как изменение синусоидальности кривой тока или напряжения. Частоты выше фундаментальной (50 Гц) называются гармониками, частоты ниже фундаментальной называются  субгармониками.
            Для примера на рисунке ниже искаженная кривая представлена как сумма фундаментальной частоты 50 Гц и суммы гармоник 5-ой (250 Гц) и 7-ой (350 Гц).


Искаженная кривая = 50 Гц основная частота + 5-я гармоника (250 Гц) + 7-я гармоника (250 Гц)

Источники (усилители) гармоник
  • Тиристорные контроллеры
  • Частотные приводы
  • Устройства плавного пуска двигателя
  • Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (без фильтров)
  • Полупроводники
  • Дуговая сварка
  • Трансформаторы, реакторы
  • Нелинейная нагрузка искажающая форму кривой тока, что генерирует гармоники

Процесс инжиниринга для подавления гармоник
  • Сбор данных (состояние системы, гармонический спектр, THD предел)
  • Построение карты импедансов системы
  • Расчет импеданса гармоникам и определение порядка фильтра
  • Расчет перетоков гармоник
  • Отработка на специализрованном ПО
  • Проверка возможных ненормальных резонансов в системе, и вероятности усиления гармоник
  • Разработка и производство системы подавления гармоник
  • Проверка системы после инсталляции
  • Отчет о проделанных измерениях и внедренном оборудовании

Искажения (возмущения) вносимые гармониками
           Гармоники генерируемые источниками не остаются в системе а проявляются в соседних связанных электросетях и могут приводить к катастрофическим последствиям в других системах.
  • Перегрев и выход из строя трансформаторов
  • Увеличение тока, или перегрузка током конденсаторов и шум
  • Сбои в работе систем контроля
  • Изменение напряжения
  • Перегрузка вращающихся устройств
  • Ошибки срабатывания автоматических выключателей
  • Ошибки в коммуникационном оборудовании
  • Большой ток в нейтрали и низкое напряжение между фазой и PE

Что такое фильтр гармоник?
           Фильтр гармоник – устройство, которое подавляет и потребляет гармоники генерируемые различным оборудованием. Он состоит из резистора, катушки индуктивности (реактора ) и конденсатора.
           Типовой фильтр гармоник состоит из одиночных шунтирующих фильтров для гармоник низкого порядка (3-15 я). Эти фильтры настроены на частоту гармоники, которую они подавляют. Для гармоник более высокой частоты, устанавливаются дополнительные фильтры.

Эффективность фильтров гармоник.

  • Улучшение cos (φ) в сети (уменьшаются перетоки реактивной мощности, улучшается эффективность использования электроэнергии и как следствие снижаются затраты)
  • Подавление (вытягивание) гармоник из сети
  • Решение проблемы резонанса между индуктивностями и емкостями в системе
  • Увеличение производительности и срока службы оборудования на производстве вследствие контроля за качеством напряжения
Эти эффекты подавления гармоник тока фильтрами поясняются следующими схемами:




In  -  Генерируемый гармонический ток                                                        Zfn -

Ifn -  Гармонический ток на входе в фильтрующую систему

Isn - Гармонический ток поступающий в цепь трансформатора (генератора) – источника

       питания

Zfn – Входной импеданс фильтра (по отношению к гармоникам)

Zfn – Входной импеданс трансформатора (по отношению к гармоникам)

 

Европейский стандарт содержания гармоник в сети
Напряжение системыменее 35 кВБолее 35 кВ
THD U[%]3%1,5%
  
Предельные значения  THDI %, в зависимости от тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс.
 
Iкз / I п. макс. *<11 **11≤h<1717≤h<2323≤h<3535≤hTHD
<20***4,02,01,50,60,35,0
20<507,03,52,51,00,58,0
50<10010,04,54,01,50,712,0
100<100012,05,55,02,01,015,0
>100015,07,06,02,51,420,0
 
* - Максимальное искажение по току в % I п. макс. (первой гармоники = 50 Гц)

** - Порядок гармоники (нечетные)

*** - Все энергогенерирующее оборудование ограничивается значениями нелинейных искажений по току в зависимости величины отношения тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс. 

Примечание

- Четные гармоники лимитируются на уровне 25% от величины нечетной гармоники
- Нелинейные искажения по току могут проявляться как появление постоянной составляющей в синусоиде, что приводит к перегреву (перенасыщению) силовых трансформаторов постоянным током, поэтому применение однополупериодных схем выпрямления (конвертеров) не допустимо.

Предельные значения  нелинейных искажений по напряжению (IEEE Std 519-1992)
Напряжение на шинахНелинейные искажения по гармоникам,  %THD, %
69 кВ и ниже3,05,0
от 69,001 кВ до 161кВ1,52,5
свыше 161,001 кВ1,01,5

Фильтры гармоник

Проблема фильтрации гармоник в электрических сетях возникла не случайно. Применение все большего числа частотных приводов и устройств плавного пуска ухудшает показатели качества электроэнергии. А многопульсные схемы преобразования, применяемые повсеместно, способствуют возникновению спектров гармоник, выходящих за предельные значения ГОСТов, призванных установить ограничения на величины помех.

Эту проблему призваны решать устройства фильтрации, такие как: фильтро – компенсирующие установки (ФКУ), пассивные и активные фильтры гармоник (ПФГ и АФГ). ФКУ и ПФГ очень похожи по принципу подавления (фильтрации) гармоник – фильтр, частота расстройки которого лежит немного ниже определенного номера гармоники, и рассеивает в тепло энергию именно этой гармоники. Но фильтрокомпенсирующая установка, в отличии от ПФГ, помимо фильтрации гармоник решает еще и задачу компенсации реактивной мощности.

Принципиальная разница между ФКУ и АФГ состоит в том, что ФКУ настроены на подавление определенной гармоники или нескольких из них (для подавления нескольких гармоник применяются многоступенчатые ФКУ - по сути, несколько отдельных ФКУ объединенных единым блоком управления), а АФГ подавляет весь спектр гармоник. Принцип работы АФГ – анализ параметров сети, формирование и генерация противофазных сигналов, подавляющих паразитные гармоники. Мощность АФГ определяется среднеквадратическим значением мощностей гармоник всего влияющего спектра.

В настоящее время наша Компания предлагает оба типа фильтрующих установок: ФКУ и АФГ.

Фильтрокомпенсирующие установки (ФКУ)

Фильтрокомпенсирующие установки могут изготавливаться либо для монтажа внутри помещения (исполнение УХЛ4), либо поставляться в утепленном контейнере. ФКУ Матик-электро производятся на любую мощность, в зависимости от характеристик электрической сети потребителей и обеспечивают фильтрацию 3, 5, 7, 11, 13 … гармоник.

Конструктивно ФКУ представляет собой три фильтра (по одному на каждую фазу) и ячейку ввода и управления. Каждый фильтр в свою очередь состоит из последовательно включенных реактора и конденсаторной батареи. Характеристики реактора и конденсаторной батареи рассчитываются в соответствии с параметрами электрической сети предприятия.

Активные фильтры гармоник (АФГ)

Основные параметры АФГ

  • Измерение гармоник сети и генерирование гармоник противофазных им
  • Полная компенсация до 50 гармоники включительно
  • Время срабатывания ‹ 10 мс
  • Панель управления с ЖК графическим дисплеем
  • Модуль преобразователя с ШИМ и с силовыми транзисторами, изготовленными по IGBT технологии
  • Компенсирование индуктивного коэффициента мощности
  • Ток компенсации до 300А на фазу и 900А в нейтрали
  • Возможность параллельного подключения до 10 фильтров
  • Автоматическое ограничение тока компенсации
  • Удобный выбор параметров
  • Уменьшенные потери на нагрев

Активные фильтры АФГ и ДФКУ для подавления гармоник сети

НАЗНАЧЕНИЕ АФГ

Активные фильтры гармоник (АФГ), также известные как динамические фильтрокомпенсирующие устройства (ДФКУ) - это самое современное комплексное решение проблемы некачественной электроэнергии в сетях любых объектов, выражающейся в перегрузке трансформаторов, увеличении потерь мощности, ускоренном старении оборудования, ложных срабатываниях устройств защиты и т.д. Для выяснения необходимости внедрения активных фильтров гармоник рекомендуем провести замеры

ВРЕД ГАРМОНИК

■ Повышенное напряжение в системе;
■ Большой ток в нейтрали;
■ Несимметрия напряжения и тока по фазам;
■ Резонансы между емкостной и индуктивной нагрузкой;

Как следствие:

■ Дополнительные потери в линии и на трансформаторе;
■ Перегрев силового трансформатора и двигателей;
■ Выход из строя конденсаторов, подключенных к сети;
■ Повышенные вибрации в двигателях и снижение их ресурса;
■ Ложные срабатывания релейных защит.

 

IGBT МОДУЛИ

АФГ (ДФКУ) изготавливаются в металлических корпусах порошковой окраски (IP 21-54), внутри которых расположены специальные IGBT - модули(IGBT - биполярный транзистор с изолированным затвором). Эти устройства полностью собраны на основе микросхем и не содержат подвижных частей. Принцип действия активного фильтра гармоник, изготовленного на базе таких модулей, заключается в создании в сети токов, противоположным по фазе токам гармоник. Мост широтно-импульсной модуляции преобразователя на основе IGBT мгновенно реагирует на изменения в электросети и поддерживает заданный уровень подавления гармоник даже несмотря на изменения амплитудных значений спектра гармонических искажений. Благодаря технологии быстрого преобразования Фурье, активный фильтр способен подавлять гармоники до 50-го порядка выборочно либо одновременно на усмотрение пользователя, а также приводить в соответствие с ГОСТ другие параметры электроэнергии. Активные фильтры - это единственные устройства повышения качества электроэнергии, которые способны автоматически менять свои собственные характеристики при изменении параметров сети.

ОСОБЕННОСТИ И ДОСТОИНСТВА

-АФГ можно устанавливать параллельно с конденсаторными установками при наличии режекторных фильтров;

- АФГ не создает резонанс и не будет влиять на резонансные участки в энергосистеме;- Не следует путать активные фильтры гармоник АФГ и фильтровые конденсаторные установки КРМф с тиристорной коммутацией;

- АФГ имеют компактные габариты по сравнению с пассивными фильтрами гармоник;

- удобный интерфейс управляющего контроллера;

- каждый фильтровой модуль системы способен автоматически изменять свои параметры;

- Номинальный ток активного фильтра выбирается из расчета:

Iафг = 1,2 х Iном. х THDI(1/100%)

где Iном. - номинальный ток сети, THDI - уровень гармоник по току в долях

РЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ АФГ

- устранение тока нейтрали;

- дополнительная функция быстрой компенсации реактивной мощности;

- подавление всего спектра высших гармоник - полная очистка сети;

- одновременное устранение несимметрии напряжения по фазам;

- компенсация просадок и скачков напряжения, уменьшение фликкер-эффекта;

- устранение перегрузки силового трансформатора;

- уменьшение потерь мощности;

- продление ресурса оборудования в сети;

- устранение ложных срабатываний устройств релейной защиты

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ ГАРМОНИК (АФГ, ДФКУ)*

Наименование Напряжение, кВ Номинальный фазный ток, А Номинальный ток нейтрали, А Пиковый ток, А Кол-во параллельных модулей Габариты ДхГхВ, мм Масса, кг  
АФГ-4N(ДФКУ)-25 0,4 - 0,44 25 rms 75 rms 40 1 500х450х830 135 узнать цену/отправить заявку
АФГ-4N(ДФКУ)-50 0,4 - 0,44 50rms 150rms 85 1 655х450х1350 212 узнать цену/отправить заявку
АФГ-4N(ДФКУ)-100 0,4 - 0,44 100rms 300rms 170 1 655х450х1800 270 узнать цену/отправить заявку
АФГ-4N(ДФКУ)-150 0,4 - 0,44 150rms 450rms 260 2 1190х720х1900 505 узнать цену/отправить заявку
АФГ-4N(ДФКУ)-200 0,4 - 0,44 200rms 600rms 340 2 1190х720х1900 540 узнать цену/отправить заявку

*возможно изготовление активных фильтров на другие номинальные токи и напряжения

Оставить заявку

СОБСТВЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

назначение и использование – Electrointer

Пассивный фильтр гармоник применяется для оптимизации качества электроэнергии для надежной работы подключенного оборудования. Гармонические искажения провоцируют перегрузки сети, создают риск неполадок, а также приводят к перерасходу энергии, поэтому для их снижения используют различные устройства фильтрации. Пассивный фильтр гармоник представляет собой комбинацию сопротивлений, индуктивностей и конденсаторов, при установке он может комбинироваться с активными фильтрами.

Принцип и плюсы использования

Пассивный фильтр высших гармоник работает по следующему принципу: параллельно нагрузке ставится LC-контур, который настраивается на частоту подавляемой гармоники. Он поглощает ее и не допускает проникновения в распределительную сеть. Если возникает необходимость подавить несколько гармоник, устанавливается ряд фильтров с параллельным соединением, каждый из них настраивается на определенный частотный уровень.

Невысокая цена фильтра гармоник – основное преимущество пассивного способа фильтрации. Однако у нее есть и важный недостаток – необходимость точного расчета при проектировании электросети. Возможности таких устройств ограничены при подавлении высокочастотных сигналов. Чем выше оказывается порядок гармоники, тем ниже эффективность ее фильтрации. Из-за этого все большее распространение получают активные фильтрующие системы.

Возможности применения устройств

Точный расчет фильтров гармоник обеспечил им достаточно широкие возможности использования. Они применяются в следующих системах:

  • Выпрямители, источники бесперебойного питания и другие электроустановки с нелинейными нагрузками, превышающими более 200 кВА.
  • Промышленные электросети, в которых возникает необходимость компенсировать реактивную мощность для снижения потерь энергии.
  • Промышленные электроустановки, где требуется устранить искажения напряжения и оптимизировать качество подаваемой электроэнергии.

Также их применяют для уменьшения искажений тока для предотвращения перегрузок сети. Использование пассивных фильтров продлевает срок эксплуатации оборудования и снижает риск нарушений его работы. Если их возможностей недостаточно, дополнительно могут использоваться активные фильтры, такая комбинация оказывается наиболее результативной.


Как удалить гармоники с помощью фильтров гармоник активного и пассивного типа

Что такое гармоники в электрической системе?

В энергосистемах гармоники определяются как положительные целые числа, кратные основной частоте. Гармоника - это напряжение или ток, кратные основной частоте. Часто рассматривается как шум в линии электропередачи .

Гармоники в энергосистеме можно разделить на два типа: гармоники тока и гармоники напряжения.

гармоник тока , вызванных нелинейной нагрузкой, такой как VSD (приводы с регулируемой скоростью). Нелинейные нагрузки потребляют ток из линии питания, форма волны которого не является идеальной синусоидальной. Несинусоидальная форма волны тока может представлять собой сложную последовательность простых синусоидальных колебаний, которые могут колебаться с целым числом, кратным основной частоте линии электропередачи.

В большинстве случаев гармоник напряжения вызваны гармониками тока. Гармоника напряжения возникает из-за искаженного напряжения, вызванного воздействием гармоник тока с импедансом источника.

На изображении выше показана форма волны тока бедствия в нелинейной нагрузке. Здесь искаженная форма волны тока не следует за синусоидальной волной. Это показывает гармоники тока в энергосистеме.

Почему необходимо устранять гармоники в энергосистеме?

Гармоники тока и напряжения прямо пропорциональны шуму, передаваемому нагрузке. За гармоники в энергосистеме отвечает разное бытовое и офисное оборудование.Гармоники энергосистемы часто увеличивают ток нагрузки. Различные инструменты, такие как флуоресцентные лампы на заводах, в доме или офисе, подвержены влиянию гармоник и имеют различные неисправности. На двигатели сильно влияют гармоники энергосистемы.

Иногда гармоники в энергосистемах могут быть очень опасными и увеличивать мощность, подаваемую на приборы, что приводит к повышению температуры нагрузки и сокращает срок службы прибора.

Чтобы преодолеть эту гармонику энергосистемы , необходимо восстановить подключение к источнику питания для управления нелинейными нагрузками, а до ввести фильтры гармоник в энергосистеме .

Тип фильтра гармоник

Фильтры гармоник очень эффективны для защиты дорогостоящего электрического оборудования от искажений выходной мощности из-за гармоник. На рынке электротехники и электроники доступны различные типы фильтров гармоник в зависимости от номинальной мощности, приложенного напряжения, однофазного или трехфазного и других параметров, зависящих от нагрузки.

Однако существует два основных типа фильтров гармоник : пассивные фильтры гармоник и активные фильтры гармоник.

Основное различие между этими двумя типами фильтров гармоник состоит в компонентах, используемых в конструкции фильтра. В пассивных фильтрах гармоник используются простые пассивные компоненты , в основном резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы. В то время как в активных фильтрах гармоник используются активные компоненты , такие как различные типы BJT, IGBT, MOSFET и интегральные схемы.

Поскольку фильтры подавления гармоник являются защитным оборудованием электрических линий, они должны соответствовать международным стандартам безопасности, таким как IEEE, EN, AS, BS, а также знаком UL лабораторий страховщика.

Также фильтры гармоник могут быть выполнены в разном порядке. Фильтры гармоник третьего порядка могут отфильтровывать частоту, которая является третьей кратной основной частоты.

Пассивные фильтры гармоник

Пассивные фильтры гармоник являются наиболее распространенными и легкодоступными фильтрами гармоник. Это доступный по цене фильтр для подавления гармонических помех в линии питания.

Как обсуждалось ранее, в пассивных фильтрах гармоник используются стандартные пассивные компоненты, такие как резисторы, индуктивности и конденсаторы.Эти пассивные компоненты используются для формирования контура резервуара . Контур резервуара спроектирован особым образом, так что он может работать на той же резонансной частоте по отношению к нежелательным гармоникам. Пассивные фильтры гармоник блокируют прохождение нежелательных гармоник. Пассивный фильтр гармоник преобразует ток гармоник в тепло и защищает оконечное устройство или нагрузку . Фильтр можно настроить на определенную частоту, которая должна быть устранена как гармоники.

В основном используются четыре типа пассивных фильтров гармоник :

1.Фильтр высоких частот

2. Полосовой фильтр

3. Фильтр типа C и

4. Последовательный фильтр.

Фильтр высоких частот

Пассивные фильтры гармоник верхних частот используются для устранения гармоник более высокого порядка и для гибкого управления широким диапазоном частот. В базовой конструкции фильтра гармоник верхних частот используются три пассивных компонента: резистор, конденсатор и индуктор.

На изображении выше мы видим базовую конструкцию пассивного фильтра верхних частот для гармоник.Конструкция показывает, что резистор и катушка индуктивности подключены параллельно конденсатору. Фильтр обеспечивает плоские характеристики импеданса в высокочастотном диапазоне. Высокая частота снижает потери мощности.

Фильтры этого типа в основном используются для фильтрации тока 5 -го /6-го или более высокого порядка. Часто различные фильтры комбинируются с фильтрами гармоник верхних частот, чтобы исключить потери мощности при использовании в низкочастотных приложениях.

Кривая импеданса с частотой может быть показана на изображении ниже.

Полосовой фильтр

Полосовой фильтр гармоник - это фильтр с двойной настройкой. Полосовой фильтр гармоник состоит из двух конденсаторов, двух катушек индуктивности и одного резистора . Он также используется для фильтрации гармоник высокого порядка. Этот фильтр работает с объединением параллельного резонанса стандартного полосового фильтра вместе с последовательным резонансом катушки индуктивности и конденсатора.

На изображении выше показана схема основного полосового фильтра.Схема фильтра состоит из двух частей , в первой части конденсатор C2 и катушка индуктивности L2 подключены последовательно, тогда как во второй части резистор, катушка индуктивности и конденсатор подключены параллельно. Первая часть и вторая часть также соединены последовательно.

Характеристики импеданса с частотой могут быть показаны на графике ниже.

Фильтр типа C

Фильтр типа

C используется для нижнего порядка, например, для фильтрации гармоник второго или третьего порядка.Фильтры типа C имеют меньшие потери, чем эквивалентный полосовой или последовательный фильтр.

Фильтры типа

C состоят из 4 пассивных компонентов - двух конденсаторов, катушки индуктивности и одного резистора.

На изображении выше показана базовая конструкция фильтра типа c. Конденсатор соединен последовательно с индуктором, который снова подключен параллельно резистору. Трехкомпонентное параллельное соединение снова подключается последовательно со вторым конденсатором.

Резистор подавляет основной ток, создаваемый колебаниями индуктивности и конденсатора.

Кривая импеданса показана на изображении ниже -

Фильтр серии

Серийный фильтр называется одиночным настроенным пассивным фильтром подавителя гармоник . Этот фильтр имеет самые простые конструктивные свойства. Только три пассивных компонента - - один конденсатор, катушка индуктивности и резистор используются последовательно. Этот фильтр устраняет одиночную частоту.

Конструкция этого фильтра может быть показана на изображении ниже, где 3 пассивных компонента соединены последовательно, чтобы сформировать один настроенный последовательный фильтр гармоник.

Импедансная характеристика показана на изображении ниже -

Активные фильтры гармоник

Как обсуждалось ранее, пассивные фильтры гармоник хороши для устранения гармоник, связанных с линией питания.Однако конструкция пассивного фильтра подавления гармоник действительно сложна, и разработчик должен спроектировать пассивные фильтры подавления гармоник в соответствии с требованиями к реактивной мощности нагрузки. В таком случае конструкция пассивного фильтра очень сложна, и это приводит к снижению коэффициента мощности при определенных условиях нагрузки.

В этом отношении активные фильтры лучше подходят для обработки гармоник линии питания без зависимостей реактивной мощности от основной частоты .

Активные фильтры подавления гармоник используют отличный метод, при котором фильтр использует гармонические составляющие собственного производства и вводит их в линию электропередачи, которая подавляет нежелательные гармоники.

Доступно различных типов активных фильтров , которые используют различные топологии для устранения гармоник в линии питания.

В наиболее распространенной конструкции активных фильтров гармоник используются следующие основные элементы, например

1. Инвертор источника напряжения с использованием различных силовых выключателей

2.Отбор проб и контрольный эталон от ЛЭП

3. Система ШИМ, которая вводит в систему пусковой импульс ШИМ в виде гармоник.

В активном фильтре гармоник используются полупроводниковые переключатели другого типа, для работы которых требуется питание.

Как выбрать фильтры гармоник

Определить идеальный фильтр гармоник довольно сложно. Нужно определить гармоническую частоту , на которую нужно настроить фильтры.В некоторых случаях фильтр не может служить цели только из-за неправильной настройки на определенной основной частоте, где отсутствуют гармоники.

Первый важный шаг - определить порядок гармоник и в зависимости от порядка гармоник выбрать фильтр. Для устранения одночастотных гармонических искажений эффективны последовательные фильтры гармоник, но в некоторых случаях необходимо использовать фильтры гармоник с двойной настройкой.

Также необходимо компенсировать потери в фильтрах , которые сильно зависят от выбора фильтра.Иногда для высокого уровня нелинейных нагрузок требуются активные и пассивные фильтры гармоник обоих типов.

▷ Фильтр гармоник для лучшего качества электроэнергии

Оптимизация качества электроэнергии с помощью активного фильтра гармоник:

Широко распространено мнение, что активные фильтры гармоник (AHF) очень дороги и, следовательно, являются последним выбором для решений по обеспечению качества электроэнергии. Ответ в зависимости от обстоятельств. Каждые гармоник устройства подавления и коррекции коэффициента мощности имеют свое место на рынке.

Знание того, что дает решение для качества электроэнергии. , а также преимущества и недостатки каждого решения обеспечивают оптимизированные решения с максимальной пользой для пользователя.

Активные фильтры гармоник обеспечивают управляемую подачу тока для удаления гармонического тока со стороны источника электрической системы и реактивный ток для коррекции плохого смещения Коэффициент мощности (PF). Активные фильтры гармоник могут применяться к одной или нескольким нелинейным нагрузкам.Нелинейные нагрузки могут быть смешанными типами или устройствами, такими как частотно-регулируемые приводы (VFD), двигатель постоянного тока регуляторы скорости (также известные как приводы постоянного тока), источники бесперебойного питания (ИБП) или тиристорные источники питания (постоянного тока), чтобы назвать несколько.

Когда достигается наилучшее значение при использовании активных фильтров гармоник?

  • Когда присутствует более одной нелинейной нагрузки и / или типов нагрузок: приводы постоянного тока, ИБП, частотно-регулируемые приводы и другие могут работать в той же электрической системе, что и активная система фильтрации гармоник
  • Когда входные линейные дроссели используются для уменьшения суммарных гармоник искажений нелинейных нагрузок.
  • Когда 6-пульсные выпрямители используются в приводах постоянного тока, ИБП, ЧРП или источниках питания постоянного тока.
  • Когда используются тиристорные выпрямители и требуется коррекция коэффициента мощности и гармоник : для приводов постоянного тока и источников питания постоянного тока требуется коррекция коэффициента мощности и подавление гармоник.
  • Когда требуется коррекция коэффициента мощности при наличии высокого содержания гармоник : Низкий коэффициент мощности в электрической системе высокое содержание нелинейных нагрузок не может быть выполнено традиционными конденсаторными системами коррекции коэффициента мощности
  • Там, где быстрые скачки или скачки нагрузки требуют поддержки (также известной как VAR-компенсация) для остановки мерцания: качество электроэнергии электрической системы довольно низкое из-за значительных колебаний напряжения, вызванных нагрузками.
  • Если соответствует требованиям гармоник на вашем предприятии.

Природа гармонических токов заключается в том, что они представляют собой векторные суммы амплитуд, тока и напряжения в каждом порядке гармоник. То есть они представляют собой квадратный корень из суммы каждого порядка гармоник, умноженный на косинус разностей фазовых углов между векторами. Математика векторов делает 1 + 1 = Sqrt 2 (1.414), а не 2. Выбор активного фильтра гармоник использует это, чтобы фактически уменьшить размер активного фильтра на ампер по мере увеличения количества нелинейных нагрузок.Индивидуальные решения (то есть для каждого выпрямителя) должны быть рассчитаны на полный спектр амплитудных гармоник, что делает их в совокупности более дорогими и физически крупнее, чем AHF

. 6-импульсные выпрямители

производят самый высокий уровень гармоник тока среди трехфазных нагрузок. Если нет полного сопротивления входного сетевого дросселя или дросселя шины постоянного тока (только для диодных выпрямителей), 6-полюсные выпрямители могут достигать 100–120% общего гармонического искажения тока (TDD). Первым шагом к снижению этого очень высокого уровня TDD является установка реактивного сопротивления линии импеданса 3-5%, чтобы уменьшить TDD примерно до 32-40% на выпрямитель.Затем для этого гораздо более низкого уровня TDD выбирается AHF. Таким образом, размер AHF уменьшается за счет недорогой установки индукторов.

Тиристорные выпрямители известны как выпрямители с фазовым управлением. Тиристоры включаются в различных точках сигнала переменного тока для управления мощностью, подаваемой на сторону постоянного тока выпрямителя. Этот процесс вызывает вариации и гармоники коэффициента мощности смещения. Интересно то, что максимум гармоник происходит в лучшем случае PF смещения и наоборот.AHF - лучшее устройство, обеспечивающее именно то, что требуется для достижения наилучшего общего или истинного PF - самого высокого запаздывающего PF и самого низкого TDD - в любое время. Таким образом достигается высокий уровень качества электроэнергии .

Всегда трудно выбрать настроенные конденсаторные системы с коэффициентом мощности, когда содержание гармоник велико. Настройка, как правило, затруднена из-за амплитуды гармонического тока, протекающего через конденсаторную цепь. Решение состоит в том, чтобы увеличить VAR конденсатора PF, чтобы не перегружать конденсаторы.Это может сохранить конденсаторы, но иногда может вызвать опережающий коэффициент мощности. AHF не будет вызывать опережающий коэффициент мощности в любое время и не заботится о наличии гармоник при выполнении коррекции коэффициента мощности.

Нагрузки, вызывающие мерцание (изменения интенсивности света из-за быстрых изменений напряжения в сети), являются очень короткими событиями - иногда всего 2-3 цикла. AHF достаточно быстр, чтобы обеспечить поддержку примерно за 100 микросекунд. Часто AHF может быть упакован с конденсаторными каскадами PF для создания гибридной системы компенсации VAR (HVC) для оптимизации цены и физических размеров.

При применении стандартов гармоник внутри помещения иногда бывает трудно найти решение. Обычно это происходит из-за низкой допустимой нагрузки на ток короткого замыкания в точке общего соединения, выбранной внутри установки. AHF делает соответствие или превышение стандартного простым, эффективным и полным.

Помогает ли вышеперечисленное понять AHF и качество электроэнергии?

Чем мы можем вам помочь?

Джим Джонсон

Фильтрация гармоник

  • Ресурс исследования
  • Исследовать
    • Искусство и гуманитарные науки
    • Бизнес
    • Инженерная технология
    • Иностранный язык
    • История
    • Математика
    • Наука
    • Социальная наука
    Лучшие подкатегории
    • Продвинутая математика
    • Алгебра
    • Основы математики
    • Исчисление
    • Геометрия
    • Линейная алгебра
    • Предалгебра
    • Предварительный камень
    • Статистика и вероятность
    • Тригонометрия
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Астрономия
    • Астрофизика
    • Биология
    • Химия
    • Науки о Земле
    • Наука об окружающей среде
    • Наука о здоровье
    • Физика
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Антропология
    • Закон
    • Политология
    • Психология
    • Социология
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Бухгалтерский учет
    • Экономика
    • Финансы
    • Менеджмент
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Аэрокосмическая техника
    • Биоинженерия
    • Химическая инженерия
    • Гражданское строительство
    • Компьютерные науки
    • Электротехника
    • Промышленное проектирование
    • Машиностроение
    • Веб-дизайн
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Архитектура
    • Связь
    • Английский
    • Гендерные исследования
    • Музыка
    • Исполнительское искусство
    • Философия
    • Религиоведение
    • Письмо
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Древняя история
    • История Европы
    • История США
    • Всемирная история
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • хорватский

Методы подавления гармоник, применяемые к электросетям

В настоящее время доступно все большее количество методов подавления гармоник, включая активные и пассивные методы, и выбор наиболее подходящего метода для конкретного случая может быть сложным решением -процесс изготовления.Эффективность некоторых из этих методов в значительной степени зависит от состояния системы, в то время как другие требуют тщательного анализа системы для предотвращения проблем с резонансом и отказа конденсатора. В этом документе представлена ​​классификация различных доступных методов подавления гармоник, цель которой - представить обзор методов подавления гармоник исследователям, проектировщикам и инженерам, имеющим дело с системами распределения электроэнергии.

1. Введение

Нелинейные характеристики многих промышленных и коммерческих нагрузок, таких как преобразователи мощности, люминесцентные лампы, компьютеры, светорегуляторы и приводы с регулируемой скоростью (VSD), используемые в сочетании с промышленными насосами, вентиляторами и компрессорами, а также в оборудовании для кондиционирования воздуха сделали гармонические искажения обычным явлением в электрических сетях.Гармонические токи, создаваемые некоторыми из этих нагрузок, обычно слишком малы, чтобы вызвать значительные искажения в распределительных сетях. Однако при работе в больших количествах кумулятивный эффект может вызвать серьезные уровни гармонических искажений. Они обычно не вызывают такого сильного расстройства электронного оборудования конечного пользователя, как перегрузки нейтральных проводников и трансформаторов и, как правило, вызывают дополнительные потери и снижение коэффициента мощности [1–5]. С другой стороны, большие промышленные преобразователи и приводы с регулируемой скоростью способны создавать значительные уровни искажений в точке общего соединения (PCC), где другие пользователи подключены к сети [6, 7].

Из-за строгих требований к качеству электроэнергии на входе сети переменного тока, различных стандартов гармоник и технических рекомендаций, таких как IEC 1000-3-2, IEEE 519 (США), AS 2279, DACH.CZ, EN 61000-3- 2 / EN 61000-3-12 и ER G5 / 4 (UK) используются для ограничения уровня искажений на PCC. Чтобы соответствовать этим стандартам гармоник, установки, использующие силовые электронные и нелинейные нагрузки, часто используют один из растущего числа методов подавления гармоник [8]. Из-за количества и разнообразия доступных методов выбор наиболее подходящей техники для конкретного приложения не всегда является простым и понятным процессом.Доступно множество вариантов, включая активные и пассивные методы. Некоторые из наиболее технически продвинутых решений предлагают гарантированные результаты и практически не оказывают отрицательного воздействия на изолированную энергосистему, тогда как производительность других простых методов может в значительной степени зависеть от состояния системы. В этом документе представлен всесторонний обзор методов подавления гармоник, в котором было рассмотрено большое количество технических публикаций и использовано для классификации методов подавления гармоник по трем категориям: пассивные методы, активные методы и гибридные методы подавления гармоник с использованием комбинации активных и пассивных методов. методы.Краткое описание электрических характеристик каждого метода представлено с целью предоставить проектировщику и инженеру на объекте более осознанный выбор в отношении имеющихся вариантов при работе с эффектами и последствиями присутствия этих гармоник в распределительной сети.

2. Пассивные методы подавления гармоник

Для снижения уровня гармонического загрязнения в электрической сети доступно множество пассивных методов, включая подключение последовательных сетевых дросселей, настроенных фильтров гармоник и использование схем преобразователя с большим числом импульсов, таких как 12-пульсные, 18-пульсные и 24-пульсные выпрямители.В этих методах нежелательные гармонические токи могут быть предотвращены от протекания в систему путем установки высокого последовательного импеданса для блокировки их потока или отклонения потока гармонических токов с помощью параллельного пути с низким импедансом [9].

Методы подавления гармоник, используемые для коррекции коэффициента мощности источника питания и подавления гармоник двумя способами для оценки характеристик продукции. Один из них - установить ограничение на коэффициент мощности для нагрузок, превышающих установленную минимальную мощность. Коммунальные предприятия часто устанавливают ограничения на допустимые коэффициенты мощности для нагрузок (например,g., <0,8 опережения и> 0,75 запаздывания). Второй способ измерения или спецификации продукта - определение абсолютных максимальных пределов гармонических искажений тока. Обычно это выражается как пределы для нечетных гармоник (например, 1-я, 3-я, 5-я, 7-я и т. Д.). Этот подход не требует какой-либо квалифицируемой минимальной процентной нагрузки и больше подходит для электроэнергетики.

В настоящее время применяются правила или руководства по гармоникам для контроля уровней гармоник тока и напряжения. Например, пределы искажений тока в Японии, показанные в таблицах 1 и 2, представляют собой максимальные и минимальные значения общих гармонических искажений (THD) напряжения и наиболее доминирующей пятой гармоники напряжения в типичной энергосистеме [10].

905 905 905 905 Максимум.

Более 154 кВ 154–22 кВ
THD 905 905 905 905 905 5-я гармоника THD 2,8% 2,8% 3,3% 3,2%
Мин. 1,1% 1,0% 1,4% 1,3%

66 кВ Макс.

Жилой Коммерческий
THD 5-я гармоника THD 5-я гармоника
3,5% 3,4% 4,6% 4,3%
Мин. 3,0% 2,9% 2,1% 1,2%

Некоторые методы, такие как использование настроенных фильтров, требуют тщательного анализа системы для предотвращения проблем резонанса и отказов конденсаторов. , в то время как другие, такие как использование 12-импульсных или 24-импульсных преобразователей, могут применяться практически без системного анализа.

2.1. Влияние реактивного сопротивления источника

Типичные формы сигналов переменного тока в однофазных и трехфазных выпрямителях далеки от синусоиды. Коэффициент мощности также очень низкий из-за высокого содержания гармоник в форме сигнала тока линии. В выпрямителе с малым реактивным сопротивлением источника входной ток сильно разрывается, и, как следствие, мощность отбирается от сетевого источника с очень низким коэффициентом мощности.

Величина гармонических токов в некоторых нелинейных нагрузках в значительной степени зависит от общего эффективного входного реактивного сопротивления, состоящего из реактивного сопротивления источника плюс любое добавленное реактивное сопротивление линии.Например, учитывая 6-импульсный диодный выпрямитель, питающий конденсатор шины постоянного тока и работающий с прерывистым постоянным током, уровень результирующего гармонического спектра входного тока в значительной степени зависит от значения реактивного сопротивления источника переменного тока и добавленного реактивного сопротивления последовательной линии; чем ниже реактивное сопротивление, тем выше содержание гармоник [1–3].

Другие нелинейные нагрузки, такие как 6-пульсный диодный выпрямитель, питающий высокоиндуктивную нагрузку постоянного тока и работающий с непрерывным постоянным током, действуют как источники гармонического тока.В таких случаях величина искажения напряжения на PCC зависит от общего импеданса источника питания, включая влияние любых конденсаторов коррекции коэффициента мощности, при этом более высокие импедансы вызывают более высокие уровни искажений [7, 11].

2.2. Последовательные сетевые реакторы

Использование последовательных сетевых реакторов переменного тока является распространенным и экономичным средством увеличения полного сопротивления источника относительно отдельной нагрузки, например, входного выпрямителя, используемого как часть системы моторного привода. Эффективность подавления гармоник последовательных реакторов является функцией нагрузки; однако их эффективный импеданс снижает пропорциональность по мере уменьшения тока через них [12].

2.3. Настроенные фильтры гармоник

Пассивные фильтры гармоник (PHF) включают последовательное или параллельное соединение настроенного LC и цепи фильтра верхних частот для формирования тракта с низким импедансом для определенной частоты гармоник. Фильтр подключается параллельно или последовательно с нелинейной нагрузкой для отвода гармонического тока настроенной частоты от источника питания. В отличие от последовательных сетевых дросселей, фильтры гармоник не ослабляют все частоты гармоник, а устраняют одну частоту гармоники из формы волны тока питания.Было показано, что устранение гармоник в их источнике является наиболее эффективным методом снижения гармонических потерь в изолированной энергосистеме. Однако увеличение первоначальных затрат является препятствием для этого подхода. Если параллельно подключенный фильтр подключается выше по потоку в энергосети, будут накапливаться более высокие повседневные расходы из-за потерь в проводниках и других элементах оборудования, по которым проходят гармонические токи. И наоборот, для последовательно включенного фильтра на нагрузке увеличиваются потери в самом фильтре.Эти потери являются просто результатом более высокого последовательного импеданса, который блокирует поток гармоник, но увеличивает потери в линии из-за протекания остальных составляющих тока нагрузки [12, 13]. Добротность катушки индуктивности фильтра влияет на фактическое значение пути с низким сопротивлением для каждого фильтра. Обычно значение находится в диапазоне от 20 до 100 [14]. Обычно используются многие типы фильтров гармоник, в том числе следующие:

2.3.1. Последовательные индукционные фильтры

Гармонические токи, создаваемые импульсными источниками питания и другими цепями преобразователя постоянного тока в постоянный, можно значительно снизить путем подключения последовательного индуктора, который может быть добавлен к силовой цепи переменного или постоянного тока [15–17 ], как показано на рисунке 1.В эти фильтры было внесено так много улучшений.

Пассивный фильтр Ziogas для однофазных выпрямителей имеет некоторое снижение суммарных гармонических искажений THD и улучшение коэффициента мощности по сравнению с обычным выпрямителем. Кроме того, волновой фильтр Янчоа используется для уменьшения THD и увеличения коэффициента мощности. Подключение авторского фильтра к выходу выпрямителя повысит коэффициент мощности и снизит THD входного тока блока питания.

2.3.2. Формирование тока преобразователя постоянного тока

Подобно последовательному индукционному фильтру, эта схема (рисунок 2) может значительно уменьшить искажение тока, создаваемое импульсными источниками питания и другими цепями преобразователя постоянного тока, путем модуляции рабочего цикла переключателя для управления формой входного сигнала. подавать ток для отслеживания желаемой формы синусоиды [5, 18–20].В эти фильтры было внесено так много улучшений.

2.3.3. Резонансный фильтр с параллельным подключением

Пассивные LC-фильтры, настроенные на устранение определенной гармоники, часто используются для снижения уровня низкочастотных гармонических составляющих, таких как 5-я и 7-я, производимые схемами трехфазного выпрямителя и инвертора. Фильтр обычно подключается поперек линии, как показано на рисунке 3. Если необходимо исключить более одной гармоники, то для каждой гармоники необходимо установить шунтирующий фильтр.Необходимо позаботиться о том, чтобы пиковые импедансы такой схемы были настроены на частоты между требуемыми частотами гармоник, чтобы избежать возникновения высоких уровней искажения напряжения на PCC источника питания из-за наличия LC-резонансного контура [7, 12].


2.3.4. Резонансный фильтр с последовательным подключением

Этот фильтр работает по принципу аналогично параллельной версии, но с настроенными цепями, подключенными последовательно с источником питания. Последовательный фильтр может быть настроен на одну частоту гармоники или может быть настроен на несколько гармонических частот.Многоступенчатая конфигурация соединяет несколько настроенных фильтров последовательно, как показано на рисунке 4, показывающем схему настройки третьей гармоники, и, и высокочастотную цепь, и, чтобы устранить гармоники высокого порядка [5, 7, 12].


2.3.5. Фильтр нейтрального тока

Этот фильтр подключается к нейтральному проводнику между трансформатором на объекте и трехфазной нагрузкой, чтобы блокировать все гармоники тройной частоты, как показано на рисунке 5. Поскольку эти тройные гармоники нулевой последовательности находятся в фазе друг с другом, все они протекают через нейтральный проводник, и более экономично заблокировать их в нейтрали, а не в отдельных фазах [5, 12].


2.3.6. Зигзагообразный фильтр заземления

За счет интеграции фазового сдвига в одно- или многофазный трансформатор с чрезвычайно низким импедансом нулевой последовательности можно добиться значительного снижения тройной, пятой и седьмой гармоник. Этот метод представляет собой альтернативу защите нейтрального проводника трансформатора от тройных гармоник путем подавления этих гармоник вблизи нагрузки. В этом методе автотрансформатор, подключенный параллельно источнику питания, может обеспечить путь тока нулевой последовательности для улавливания и подавления тройных гармоник, как показано на Рисунке 6 [16].


2.4. Преобразователи с более высокими импульсами

Трехфазные 6-пульсные преобразователи статической мощности, такие как преобразователи частоты, генерируют низкочастотные гармоники тока. Преимущественно это 5-й, 7-й, 11-й и 13-й, а также присутствуют и другие гармоники более высокого порядка, но на более низких уровнях. В схеме 6-пульсного преобразователя гармоники порядка, где = 1, 2, 3, 4 и т. Д., Будут присутствовать в форме сигнала тока питания. В приложениях большой мощности для уменьшения гармоник в токах питания переменного тока используются преобразователи переменного тока в постоянный, основанные на концепции многоимпульсов, а именно, 12, 18 или 24 импульса.Их называют многоимпульсными преобразователями. В них используется либо диодный мост, либо тиристорный мост, а также специальная схема фазосдвигающей магнитной цепи, такая как трансформаторы и катушки индуктивности, для получения необходимых форм тока питания [9, 21–27].

2.4.1. 12-пульсное выпрямление

В крупных преобразователях, где гармоники, генерируемые трехфазным преобразователем, могут достигать неприемлемых уровней, можно последовательно соединить два 6-пульсных преобразователя с фазосдвигающими трансформаторами звезда / треугольник для генерации 12-ти импульсного преобразователя. формы импульса и уменьшите гармоники на стороне питания и нагрузки, как показано на рисунке 7.Это может быть выгодно, несмотря на значительную дополнительную стоимость трансформаторов. Инженеры-консультанты часто рекомендуют двенадцатипульсный выпрямитель для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха из-за их теоретической способности уменьшать гармонические искажения тока.


Вместо последовательного соединения двух мостов преобразователя их можно также соединить параллельно, чтобы получить 12-импульсный режим работы. Параллельная 12-импульсная схема показана на рисунке 8. Параллельное соединение требует особой осторожности, чтобы обеспечить надлежащий баланс между токами, потребляемыми каждым мостом.Вторичное реактивное сопротивление утечки должно быть тщательно согласовано, и на стороне постоянного тока необходимы дополнительные реакторы для поглощения мгновенных разностей между двумя формами сигнала постоянного напряжения [9, 22, 28].


При использовании 12-пульсной системы 5-я и 7-я гармоники исчезают из сигналов линейного тока, оставляя 11-ю в качестве первой. В форме сигнала тока питания будут присутствовать только гармоники порядка, где = 1, 2, 3, 4 и т. Д., Что приведет к высокому коэффициенту мощности, низкому THD на входе сети переменного тока и без пульсаций на выходе постоянного тока. высокого качества.

2.4.2. 18-пульсное выпрямление

В схемах 18-пульсного преобразователя, показанных на рисунке 9, используется трансформатор с тремя наборами вторичных обмоток, сдвинутых по фазе на 20 градусов друг относительно друга. В форме сигнала тока питания будут присутствовать только гармоники порядка, где = 1, 2, 3, 4 и т. Д. [9, 29].


2.4.3. 24-пульсное выпрямление

Соединение двух 12-импульсных цепей со сдвигом фазы 15 ° дает 24-пульсную систему.На рисунке 10 показана одна такая система, в которой две 12-пульсные схемы соединены параллельно, чтобы создать требуемую 24-пульсную систему. 11-я и 13-я гармоники теперь исчезают из формы сигнала тока питания, оставляя 23-ю в качестве первой. В 24-пульсной системе будут присутствовать только гармоники порядка, где = 1, 2, 3, 4 и т. Д. [9, 30].


3. Методы активного подавления гармоник

При использовании методов активного подавления гармоник улучшение качества электроэнергии происходило за счет внесения в сеть равного, но противоположного искажения тока или напряжения, тем самым устраняя первоначальные искажения.В активных фильтрах гармоник (AHF) используются быстродействующие биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) для создания выходного тока требуемой формы, так что при подаче в линии переменного тока он подавляет исходные гармоники, генерируемые нагрузкой. Сердце AHF - это контроллер. Стратегии управления, применяемые к AHF, играют очень важную роль в улучшении характеристик и стабильности фильтра. АВЧ разработан с двумя типами схемы управления. Первый выполняет быстрое преобразование Фурье для вычисления амплитуды и фазового угла каждой гармоники.Силовые устройства предназначены для создания тока равной амплитуды, но с противоположным фазовым углом для определенных порядков гармоник. Второй метод управления часто называют подавлением полного спектра, при котором полная форма сигнала тока используется контроллером фильтра, который удаляет компонент основной частоты и предписывает фильтру вводить инверсию оставшейся формы сигнала [31–38 ].

Как правило, эти фильтры имеют размер, основанный на том, какой ток гармоник может генерировать фильтр, обычно с шагом 50 ампер.Правильная сила тока AHF может быть выбрана после определения величины тока подавления гармоник.

По сути, фильтр состоит из преобразователя частоты со специальным электронным контроллером, который вводит гармонический ток в систему на 180 градусов, не совпадающую по фазе с системой или гармониками привода. Это приводит к подавлению гармоник. Например, если преобразователь частоты создал 50 А тока 5-й гармоники, а AHF - 40 А тока 5-й гармоники, величина тока 5-й гармоники, экспортируемого в энергосистему, составит 10 А.AHF можно классифицировать как однофазные или трехфазные фильтры.

Кроме того, он может быть классифицирован как параллельный или последовательный AHF в зависимости от конфигурации схемы.

3.1. Параллельные активные фильтры

Это наиболее широко используемый тип AHF (более предпочтительный, чем серия AHF по форме и функциям). Как следует из названия, он подключается параллельно к основной силовой цепи, как показано на рисунке 11. Фильтр действует для подавления гармонических токов нагрузки, оставляя ток питания свободным от каких-либо гармонических искажений.Параллельные фильтры имеют то преимущество, что пропускают только гармонические составляющие тока нагрузки, а не полный ток нагрузки схемы [39–44].


AHF может управляться на основе следующих методов: (i) контроллер определяет мгновенный ток нагрузки, (ii) AHF извлекает гармонический ток из обнаруженного тока нагрузки посредством цифровой обработки сигналов, (iii ) АВЧ отбирает компенсационный ток () из напряжения электросети, чтобы компенсировать ток гармоник [45].

3.2. Последовательные активные фильтры

Конфигурация главной цепи для этого типа АВЧ показана на рисунке 12. Идея состоит в том, чтобы устранить гармонические искажения напряжения и улучшить качество напряжения, подаваемого на нагрузку. Это достигается за счет создания синусоидального сигнала напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на соединительном трансформаторе, который добавляется к напряжению питания, чтобы противодействовать искажениям на импедансе питания и создавать синусоидальное напряжение на нагрузке.Серия AHF должна пропускать ток полной нагрузки, увеличивая их номинальные токи и потери по сравнению с параллельными фильтрами, особенно на вторичной стороне трансформатора связи [43].


В отличие от шунтирующего AHF, серия AHF управляется на основе следующих методов: (i) контроллер определяет мгновенный ток питания, (ii) AHF извлекает гармонический ток из обнаруженного тока питания с помощью цифровая обработка сигнала, (iii) активный фильтр подает компенсирующее напряжение на первичную обмотку трансформатора.Это приведет к значительному снижению гармонического тока питания (), когда коэффициент усиления обратной связи установлен достаточно высоким [45].

АВЧ с последовательным и параллельным (шунтирующим) соединением секций, как показано на рисунках 11 и 12, соответственно, может использоваться для одновременной компенсации гармоник напряжения и тока [34–36]. Во всех случаях критическим требованием любой схемы АВЧ является точное вычисление требуемого компенсационного тока в реальном времени.

4.Методы гибридного подавления гармонических искажений

Гибридные соединения AHF и PHF также используются для снижения уровней гармонических искажений в сети. PHF с фиксированными характеристиками компенсации неэффективен для фильтрации гармоник тока. AHF преодолевает недостатки PHF за счет использования импульсного преобразователя мощности для устранения гармонических токов. Однако стоимость строительства АВФ в отрасли слишком высока. Номинальная мощность AHF преобразователя мощности очень велика. Это ограничивает области применения AHF, используемых в энергосистеме.Топологии гибридных фильтров гармоник (HHF) были разработаны [46–51] для эффективного решения проблем реактивной мощности и гармонических токов. Использование недорогого PHF в HHF снижает номинальную мощность активного преобразователя по сравнению с AHF. HHF сохраняет преимущества AHF и не имеет недостатков PHF и AHF. На рисунке 13 показан ряд возможных гибридных комбинаций. Рисунок 13 (а) представляет собой комбинацию шунта AHF и шунта PHF. Использование комбинации PHF значительно снизит рейтинг AHF.В результате не возникает гармонического резонанса и не протекает гармонический ток в источнике питания. В [50] автор утверждал, что в HHF AHF может улучшить характеристики фильтра и подавить гармонический резонанс существующего PHF. На рисунке 13 (b) показана комбинация серии AHF с питанием и шунтирующим PHF. Автор ссылки [46] обнаружил, что эта топология не подходит для низкочастотной интергармонической компенсации, потому что AHF вводит высокое компенсационное напряжение, которое может создавать помехи для нелинейных нагрузок с фазовым регулированием на выходе.

На рис. 13 (c) показан AHF последовательно с шунтирующим PHF. Во всех случаях требуется, чтобы фильтры в гибридной комбинации правильно распределяли компенсацию в частотной области [51]. Много улучшений и исследований было сделано в отношении стратегий управления гибридными фильтрами гармоник.

AHF и PHF используются для генерации эквивалентного напряжения, которое связано с гармоническим током сети, с использованием различных методов (т. Е. Метода изменения импеданса), как показано на рисунке 13 (c).Гармонический ток сети подавляется за счет увеличения отношения эффективного импеданса источника к гармоническим составляющим. Для достижения постоянного напряжения на шине постоянного тока AHF используется ПИ-регулятор напряжения. Компаратор гистерезисного напряжения используется для отслеживания выходного напряжения, чтобы получить эквивалентный импеданс активного преобразователя [48, 49]. HHF экономичен и становится более практичным в промышленных приложениях.

Контроллер AHF основном разделяется на две части, то есть, эталонный ток генерации и ШИМ-контроллера тока.Регулятор тока PWM в основном используется для подачи стробирующего импульса на AHF. Что касается схемы генерации тока, эталонный ток генерируется с использованием искаженной формы волны. Для генерации эталонного тока существует множество схем управления, таких как: теория, контроллер апертуры, нейросистема, адаптивное управление, управление вейвлетами, нечеткая, дельта-сигма модуляция, управление скользящим режимом, векторное управление, повторяющееся управление и управление SFX для улучшения устойчивого состояние и динамические характеристики АВФ [52–59].

4.1. p-q Method

Теория мгновенной реактивной мощности была опубликована в 1984 году. На основе этой теории так называемый «- метод» был успешно применен в управлении AHF. В этом методе не учитывается составляющая нулевой последовательности, и из-за этого - метод не является точным, когда трехфазная система искажена или несбалансирована.

4.2. d-q Метод

На основе преобразования парка пришел метод -. Трехфазный ток нагрузки можно разложить на компоненты прямой, обратной и нулевой последовательности.Ток в кадре и может быть преобразован из прямой и обратной последовательности с помощью ФАПЧ (петли фазовой автоподстройки частоты). Разделение компонентов переменного и постоянного тока может быть получено через ФНЧ нижних частот. Сигнал опорного тока может быть достигнут с помощью компонента переменного тока в - кадре через countertransformation.

4.3. Метод прямого тестирования и расчета (DTC)

Разделение гармонических и реактивных составляющих от тока нагрузки является целью эталонного генератора тока.Основная характеристика этого метода - прямое определение компенсирующей составляющей из тока нагрузки без использования каких-либо преобразований системы отсчета. Фактически, этот метод представляет проблему низкочастотных колебаний напряжения на шине постоянного тока AHF.

4.4. Синхронный ссылка Известность Метод (ОСР)

Реальные токи преобразуются в синхронной системе отсчета в этом методе. Система отсчета синхронизирована с напряжением сети переменного тока и вращается с той же частотой.В этом методе эталонные токи выводятся непосредственно из реальных токов нагрузки без учета напряжений источника, которые представляют собой наиболее важные характеристики этого метода. На формирование опорных сигналов не влияют искажения или несимметрия напряжения, что увеличивает надежность и производительность компенсации.

4.5. Текущее управление гистерезисом

Основной принцип этого метода управления состоит в том, что сигналы переключения выводятся из сравнения текущего сигнала ошибки с полосой гистерезиса фиксированной ширины.Этот метод управления током обладает некоторыми неудовлетворительными характеристиками из-за простоты, чрезвычайной надежности, быстрой динамики, хорошей стабильности и характеристик автоматического ограничения тока.

4.6. ШИМ-управление с треугольником сравнения

Этот метод управления также называется линейным регулированием тока. Традиционный принцип ШИМ-управления сравнением треугольников заключается в том, что сигнал модуляции, полученный регулятором тока из текущего сигнала ошибки, пересекается с треугольной волной. После этого полученные импульсные сигналы используются для управления переключателями преобразователей.Этот метод управления с аналоговой схемой ШИМ имеет простую реализацию с высокой скоростью отклика. Поскольку частота модуляции равна частоте треугольника, частота кроссовера усиления токовой петли должна быть ниже частоты модуляции.

4.7. Пространственно-векторная модуляция (SVM)

Цель этого метода - найти подходящие комбинации переключения и их коэффициенты заполнения в соответствии с определенной схемой модуляции. SVM работает в комплексной плоскости, разделенной на шесть секторов, разделенных комбинацией проводящих или непроводящих переключателей в цепи питания.Опорный вектор используется для определения местоположения двух соседних векторов состояния переключения и вычисления времени, в течение которого каждый из них активен. SVM имеет низкую скорость отклика из-за присущей ему задержки вычислений из-за сильной защиты от помех и хорошей надежности техники цифрового управления. Чтобы устранить этот недостаток, рекомендуется усовершенствовать контроль непрямого действия и установить определенный размер реактивных компонентов системы.

В настоящее время исследовательские направления стратегий управления AHF в основном направлены на оптимизацию и практическое применение стратегий управления.В конце сравнительные критерии для PHF, AHF и HHF можно обобщить на основе следующего: (i) стоимость оборудования и установки, (ii) индексы гармоник, например. ,,, TDD и PWHD, (iii) срок службы и интенсивность отказов, (iv) техническое обслуживание и проектирование.

5. Выводы

Надежность электрической системы и нормальная работа электрооборудования во многом зависят от чистого источника питания без искажений. Конструкторы и инженеры, желающие снизить уровень гармонического загрязнения в распределительной сети, к которой подключены нагрузки, генерирующие нелинейные гармоники, имеют несколько доступных методов подавления гармоник.Из-за количества и разнообразия доступных методов выбор наиболее подходящей техники для конкретного приложения не всегда является простым или понятным процессом. Была проведена широкая категоризация различных методов подавления гармонических искажений (пассивные, активные и гибридные), чтобы дать общую точку зрения на эту обширную и быстро развивающуюся тему. PHF традиционно используется для поглощения гармонических токов из-за низкой стоимости и простой прочной конструкции. Однако они обеспечивают фиксированную компенсацию и создают системный резонанс.AHF обеспечивает множество функций, таких как подавление гармоник, изоляция, демпфирование и согласование, балансировка нагрузки, коррекция коэффициента мощности и регулировка напряжения. HHF более привлекателен для фильтрации гармоник, чем чистые фильтры, как с точки зрения жизнеспособности, так и с экономической точки зрения, особенно для приложений с большой мощностью. Надеемся, что обсуждение и классификация методов подавления гармонических искажений, представленные в этом документе, предоставят некоторую полезную информацию, которая поможет сделать выбор подходящего метода подавления гармоник для данного приложения в более простой задаче.

Активные фильтры гармоник | Справочник покупателя по активным фильтрам гармоник

На выставке SPS в Нюрнберге 2019 компания Danfoss представила свой новый активный фильтр гармоник для приложений с высоким качеством электроэнергии. Источники сообщают, что он должен быть запущен в первом квартале 2020 года. Мы с нетерпением ждем возможности ознакомиться с его характеристиками. Компания Danfoss была первым производителем приводов, который применил активные фильтры гармоник в качестве решения для своих приводов с низким уровнем гармоник, что часто применяется при соблюдении, например, IEEE519.В прошлом году Schneider продолжил демонстрацию своего активного фильтра гармоник в сочетании с несколькими приводами на выставке SPS, см. Активные фильтры гармоник и приводы. Фильтр Danfoss AAF007 кажется модульным на основе представленного изображения.

Новый активный фильтр гармоник Danfoss AAF007

Автор john27666 Опубликовано в Активные фильтры гармоник, Danfoss, Гармоники, IEEE 519, Качество электроэнергии, Без категории

Если вы подписались на этот сайт, то знаете, что для больших приводов комбинация VFD + AHF имеет несколько преимуществ по сравнению с последовательным решением AFE.Размещая активный фильтр параллельно, вы получаете более безопасное решение, а также более высокую эффективность. Потери в активном фильтре составляют около 25-30% потерь во входном интерфейсе в масштабе всей системы. AFE должен пропускать всю мощность привода через себя, поскольку он включен последовательно с нагрузкой. Однако активный фильтр, установленный на шунте, имеет размер, основанный на требованиях к подавлению гармоник, обычно около 25-30% от общей нагрузки.

Schneider демонстрирует комбинацию активного фильтра гармоник и приводов для повышения энергоэффективности на выставке SPS2019 в Нюрнберге.

Для получения дополнительной информации об активных фильтрах и заклепках см. Публикацию Global Active Filter Compensation с отличным докладом о преимуществах.

Автор john27666 Рубрика: Активные фильтры гармоник, Гармоники, Шнайдер, Без рубрики

Не только ABB и Schneider выпускают новые активные фильтры гармоник меньшего размера.Comsys, шведская компания, специализирующаяся на активных фильтрах гармоник, представила свою новую модель ADF-P25 на выставке SPS Nürnberg в ноябре прошлого года. Мы побеседовали с Рикардом Якобсоном, главой отдела продаж и маркетинга Comsys.

«Мы видим растущий спрос на фильтры меньшего размера в таких приложениях, как центры обработки данных и коммерческие здания, где гармоники становятся все более серьезной проблемой. Мы уменьшили нашу текущую конструкцию до 30 А, но она предлагает все функции и надежность, которые вы найдете в более крупных промышленных версиях.Поскольку эти фильтры будут широко использоваться, мы уделяем большое внимание простоте, подключи и работай, что упростит ввод в эксплуатацию и эксплуатацию. Мы предлагаем вариант бессенсорного управления, а также Wi-Fi для доступа к большему пользовательскому интерфейсу на мобильном устройстве.

Мы думаем, что это может быть отличным начальным предложением, поскольку клиенты могут протестировать решение, не выделяя слишком много средств. Он хорошо сочетается с более крупными системами HVAC и строительной техникой в ​​целом ».

Автор john27666 Опубликовано в Активные фильтры гармоник, Руководство покупателя AHF, Comsys, Качество электроэнергии, Без рубрики

Schneider в этом году на выставке SPS в Нюрнберге выделил 3 метра выставочной площади для своих активных фильтров гармоник.Приятно видеть, что большие мальчики завоевывают популярность. Schneider не новичок в этой области, а, скорее, один из крупнейших мировых поставщиков активных фильтров. Это первый год, когда они демонстрируют эту продукцию на SPS. В этом году малые фильтры до 20 А - это новое предложение от Schneider в серии PCSn. Мы предполагаем, что это значительно расширит область применения.

Источник: Schneider

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с листовкой PCSn Schneider_PCSn_998-20306747_GMA

Автор john27666 Рубрика: Активные фильтры гармоник, Фильтрация гармоник, Гармоники, IEEE 519, Качество электроэнергии, Schneider, Без категории

Активные фильтры гармоник становятся все более популярными.По мере того, как мир использует возобновляемые источники энергии, электромобили и т. Д., Количество инверторов в сети растет. По мере роста доли инверторов стабильность всей энергосистемы будет более уязвимой, так как инерция турбины будет уменьшена. Последнее десятилетие уже указывает на резкое изменение поведения сети в течение 24-часового цикла. Активная стабилизация сетки станет необходимостью. Несколько поставщиков активных фильтров внедряют интеграцию батарей, чтобы обеспечить комплексное решение, предлагающее активное, реактивное и подавление гармоник в одном корпусе.Теперь ABB запускает новую серию продуктов.

В новом портфолио пять решений: PQflexC - регулятор реактивной мощности; PQdynaC - сверхбыстрый регулятор реактивной мощности и дисбаланса; PQactiF - активный фильтр гармоник; и PQStorI - аккумуляторный инвертор с функциями качества электроэнергии. Наконец, PQoptiM контролирует и отслеживает параметры качества электроэнергии. ABB Ability ™ также поддерживает семейство продуктов, позволяя управлять устройствами и управлять ими с помощью пользовательских платформ, подключенных к облаку, для обеспечения доступа к данным в реальном времени.Подробнее здесь.

Мы с нетерпением ждем новых характеристик по мере их появления. Приятно видеть, что ABB расширяет свое предложение в этом сегменте.

Автор john27666 Опубликовано в ABB, Активные фильтры гармоник, Хранение батарей, Стабильность энергосистемы, Качество электроэнергии, Без категории

Comsys выпустила заметку по применению, в которой подробно объясняются преимущества использования централизованной фильтрации многих приводов вместо установки отдельных приводов с низким уровнем гармоник.Центральный активный фильтр гармоник часто является самым дешевым и эффективным решением для обеспечения соответствия нормам.

Прочтите отчет здесь: Global-vs-Local-Compensation_Application_Note

Автор john27666 Опубликовано в Активные фильтры гармоник, Руководство покупателя AHF, Примеры использования AHF, Comsys, Фильтрация гармоник, Гармоники, IEEE 519, Без рубрики

Schaffner запускает обновленную версию своего активного фильтра подавления гармоник, устанавливаемого в стойку, с более высокой эффективностью и термостойкостью, как мы понимаем.

Schaffner сообщает:

Модульная конструкция ecosine active sync всегда позволяет поставить фильтр подходящего размера, и, кроме того, модули на 60 А можно легко закрепить на стене или интегрировать в шкафы управления системой. Просто вставьте и подключите - фильтр до 300 А на шкаф готов.

ecosine active sync в деталях
  • Наиболее эффективное подавление гармоник до 50-го порядка (четное и нечетное). Ниже 5% THID достижимо даже для смешанного и динамического профиля нагрузки.
  • Самая компактная и модульная конструкция . Гибкая и простая установка.
  • Прочный, надежный, подходит для самого широкого диапазона температур (модуль питания до 50 ° C) с полной производительностью.
  • Высокий КПД (потери <2,3%) и очень низкий акустический шум .
  • Только воздушное охлаждение для всех вариантов продукта с силовым модулем IP 20, IP 21 (потолочный комплект) и шкафной версии IP 54.
  • Компенсация реактивной мощности
  • Балансировка нагрузки
  • Модульный, готовый к использованию, дооснащение, интеграция в раздвижной шкаф
  • Сверхгибкие варианты монтажа и установки

Автор john27666 Опубликовано в Активные фильтры гармоник, Руководство покупателя AHF, Фильтрация гармоник, Коррекция коэффициента мощности, Без категории

Comsys поставила активные фильтры гармоник для нескольких морских судов снабжения.Bourbon Offshore, один из крупнейших операторов оффшорных сервисных судов, использует активную фильтрацию на своих сериях MPSV Evolution. На главной шине применяется фильтрация в соответствии с требованиями класса. Полный отчет о проекте и его результатах смотрите здесь:

Оффшорное дело Bourbon от Comsys

Автор john27666 Опубликовано в Активные фильтры гармоник, Тематические исследования AHF, Comsys, Фильтрация гармоник, Гармоники, Судостроение, Качество электроэнергии
Модульные пассивные фильтры гармоник от Schaffner - Ecosine Evo - Новое поколение

Новое поколение PHF «ecosine evo» разработано для наиболее требовательных задач по подавлению гармоник с помощью входных 6-пульсных выпрямителей.

Можно эффективно уменьшить даже частичные нагрузки, вызывающие гармонические токи. Внедрение модульной системы позволяет пассивному фильтру подавления гармоник Ecosine Evo предлагать оптимальные решения для вашей конкретной установки. Решение легко адаптировать, просто подключив подходящий модуль, где это необходимо. Для получения дополнительной информации посмотрите это:

Автор john27666 Опубликовано в Гармоническая фильтрация, Гармоники, Качество электроэнергии Метки: искажения, приводы, гармоники, гармонические токи, подавление гармоник, пассивные фильтры гармоник, phf, schaffner Активные фильтры гармоник

становятся дешевле и становятся более конкурентоспособными по сравнению с другими активными решениями для подавления помех, такими как Active Front End, которые мы объяснили здесь.В некоторых приложениях, которые не являются слишком динамичными, использование пассивного фильтра гармоник имеет смысл для сокращения инвестиций. Комбинация активных и пассивных фильтров может быть лучшим решением для снижения инвестиционных затрат при сохранении способности справляться с динамическими нагрузками. В таком приложении пассивный фильтр гармоник фокусируется на доминирующей гармонической составляющей. Это решение в настоящее время используется, например, в немецкой автомобильной промышленности на своих производственных линиях.

PQ Nosswitz, немецкая компания, занимающаяся вопросами качества электроэнергии, разработала систему, позволяющую гибко комбинировать активные фильтры гармоник и пассивные фильтры гармоник, чтобы обеспечить наиболее гибкое и экономичное решение для каждого проекта.

Автор john27666 Опубликовано в Активные фильтры гармоник, Руководство покупателя AHF, Comsys, Фильтрация гармоник, Гармоники, IEEE 519, Коррекция коэффициента мощности Метки: Активный фильтр, Руководство покупателя, Гармоники, Стабилизатор мощности, Коррекция коэффициента мощности

Работа банковских фильтров гармоник в системе электроснабжения - Примеры

3.1. Пример 2 - описание системы

Рис.5 показана однолинейная схема системы электропитания для горнодобывающей промышленности, которая будет использоваться для анализа рабочих характеристик одиночных настроенных фильтров гармоник в системе электропитания, включая батареи конденсаторов коррекции коэффициента мощности. Система содержит два набора мощных приводов постоянного тока в качестве гармонических нагрузок, подключенных к секциям A и B. Приводы питаются от шестиимпульсных преобразователей. В результате возникает значительная генерация гармонических токов, а коэффициент мощности установки без компенсации довольно низкий.

Рисунок 5.

Однолинейная схема системы электропитания для горнодобывающей промышленности

Шунтирующие конденсаторы 2 × 1,5 МВА, подключенные к основным секциям 1 и 2 для частичной корректировки коэффициента мощности, но это может вызвать гармонические проблемы из-за условий резонанса. Секции A и B могут питаться от основной секции 1 или 2. Четыре одинарных фильтра (5 th , 7 th , 11 th и 13 th порядок гармоник) были добавлены к секции A и B для ограничения проблем с гармониками и улучшения компенсации реактивной мощности.Характеристики фильтров гармоник приведены в таблице 1.

Допустимый предел тока для конденсаторов фильтра составляет 130% от номинального действующего значения, а предел напряжения -110%. Реакторы с железным сердечником занимают меньше места по сравнению с реактором с воздушным сердечником и используют трехфазную активную зону. Реакторы, построенные на этих активных зонах, меньше весят, занимают меньше места, имеют меньшие потери и стоят меньше, чем три однофазных реактора одинаковой мощности. Реакторы изготавливаются с многозонными сердечниками из холоднокатаной стали, что обеспечивает низкий допуск на настройку.Основным недостатком реакторов с железным сердечником является их насыщение.

07 09 905 = 4.81

2 × Номинальное напряжение

910 500 Номинальное напряжение
Фильтр, настройка Группа конденсаторов Блок реакторов (трехфазный, железный сердечник)
Банк рейтинг 2 × 500 квар Номинальное напряжение 7.2 кВ
Номинальное напряжение 6.6 кВ Номинальный ток 120,0 A
Номинальный ток 87,4 A S.c. ток 14,0 кА
Емкость 73,1 мкФ Индуктивность 6,0 мГн
Колпачок. допуск -5… + 10 % Допуск индуктивности ± 5 ​​ %
F7
n r7 = 6.98
Рейтинг банка 2 × 400 квар Номинальное напряжение 7,2 кВ
Номинальное напряжение 6,6 кВ Номинальный101410 934 Номинальный ток 101410 914 ток 70,0 A Sc ток 14,0 кА
Емкость 58,4 мкФ Индуктивность 3.54 мГн
Колпачок. допустимое отклонение -5… + 10 % Допуск индуктивности ± 5 ​​ %
F11
n r11 = 10,94
Рейтинг банка

7,2 кВ
Номинальное напряжение 6,6 кВ Номинальный ток 130,0 A
Номинальный14 87533 4 A S.c. ток 14,0 кА
Емкость 73,1 мкФ Индуктивность 1,16 мГн
Колпачок. Допуск -5… + 10 % Допуск индуктивности ± 5 ​​ %
F13
n r13 = 13.02
Рейтинг банка

k

7.2 кВ
Номинальное напряжение 6,6 кВ Номинальный ток 130,0 A
Номинальный ток 8714 A с. ток 14,0 кА
Емкость 73,1 мкФ Индуктивность 0,82 мГн
Кол. допуск -5… + 10 % Допуск индуктивности ± 5 %

Уровень насыщения зависит от основного тока и гармонических токов, которые выдерживает реактор.Не существует стандарта для оценки реакторов с фильтром гармоник, и поэтому трудно оценить реакторы от разных производителей. Например, некоторые производители реакторов основывают свои конструкции активной зоны (площадь поперечного сечения активной зоны) на среднеквадратическом потоке, в то время как другие основывают его на пиковом потоке (с прямым добавлением потока гармоник). Между этими двумя критериями проектирования существует значительная разница. В целях оценки вес реактора и повышение температуры являются основными показателями количества используемого железа.Вторая особенность реакторов - это значительная частотная зависимость потерь на вихревые токи в обмотке.

Уравнение (1) показывает, что относительная резонансная частота n r зависит от частоты энергосистемы, а также индуктивности и емкости фильтра. Любое изменение этих параметров вызывает отклонение резонансной частоты. Таким образом, возможное отклонение от проектного значения может быть получено с помощью (1) по уравнению:

nd (1 + Δf *) (1 + ΔL *) (1 + ΔC *) ≤ nr ≤ nd (1 - Δf *) ( 1 − ΔL *) (1 − ΔC *) E3

где: Δf ∗ - изменение частоты энергосистемы, п.u .; ΔL *, ΔC * - изменение индуктивности и емкости фильтра, о.е. nd - расчетная относительная резонансная частота ( d = 5, 7, 11, 13).

Предполагая Δf ∗ ≈ 0, возможное отклонение относительной резонансной частоты n r от расчетного значения для исследуемых цепей фильтров можно определить с помощью значений ΔL *, ΔC * из таблицы 1:

0,93 nd≤ nr ≤ 1.05ndE4

Это означает, что анализируемые схемы фильтров имеют следующие возможные диапазоны относительной резонансной частоты n r :

5-ти поршневой фильтр - 4.3≤ nr ≤ 5,1;

Фильтр 7-го порядка - 6,5≤ nr ≤ 7,4; E5

Фильтр 11-го порядка - 10,2≤ nr ≤ 11,5;

Фильтр 13-го порядка - 12,1≤ nr ≤ 13,7.

Очевидно, что отстройка фильтра более высокого порядка более чувствительна для той же емкости фильтра или дрейфа индуктивности, чем отстройка фильтра более низкого порядка, поскольку значение резонансной частоты ωr определяет ее отклонение:

Δωr≈d ωrd CΔC = −ωr2CΔCE6

3.2. Анализ характеристик фильтра

Чтобы продемонстрировать поведение схем фильтра при всех разумных рабочих конфигурациях и получить численные результаты для целей сравнения, было выполнено компьютерное моделирование с использованием программного обеспечения в частотной и временной области.

Рис. 6.

Осциллограммы тока и напряжения полностью загруженного привода постоянного тока (a) и спектр гармоник тока (b)

Измерения, выполненные на предприятии, использовались для определения нагрузки привода постоянного тока и получения истинных исходных данных для компьютера анализ характеристик фильтра. Например, на рис.6 показан ток привода постоянного тока и его спектр гармоник в системе питания, состоящей из 5 фильтров порядка -го порядка при изолированной работе секции A.

Гармонические токи в компонентах системы питания перечислены в таблице 2.Из этих измерений можно сделать очевидные важные выводы: 1) присутствуют нехарактерные гармоники тока из-за нарушений в проводимости преобразовательных устройств, несимметричных фазных напряжений и других причин; 2) в конфигурации системы с подключенным фильтром 5 присутствует резонанс около 4-й гармоники . Аналогичные измерения проводились и для системы с другими наборами фильтров.

Анализ отклика системы важен, потому что зависимость полного сопротивления системы от частотных характеристик определяет искажение напряжения, которое будет результатом гармонических токов привода постоянного тока.Для гармонического анализа нагрузки привода постоянного тока могут быть представлены как источники гармонических токов. Система выглядит жесткой для этих нагрузок, и форма волны тока относительно не зависит от искажения напряжения в месте расположения привода. Это предположение об источнике гармонического тока позволяет оценивать характеристики отклика системы отдельно от характеристик привода постоянного тока.

На рис. 7 изображен наихудший случай частотного сканирования для импеданса системы, если смотреть из секции A с несколькими подключенными фильтрами, что касается нагрузки фильтра гармоник 5 th .Эти условия возникают при изменении верхнего предела (см. (3)) дросселя фильтра и номинальных характеристик конденсатора. Близость резонансных пиков частотной характеристики к 4 и 5 гармоникам приводит к значительному увеличению гармонических токов в цепях фильтра и фидера 5 .

,414

9053 4
Порядок гармоник Фидерный ток, IS Привод
ток, ID
ток, ID
A % A % A %
9 301 905 1 905 68 100,0 157,87 100,0
2 8,49 3,5 8,04 2,6 0,61 0, 4
3 9,75 4,0 8,03 2,6 1,77 1,1
4 41,62 17, 2 7,51 2,4 39 24,7
5 27,02 11,2 68,09 22,0 42,54 26,9
6 4,31 1,8 6,75 2,2 2,42 1,5
7 25,43 10,5 30, 21 9,8 5,28 3,3
8 0,74 0,3 0,85 0,3 0,28 0, 2
9 2,81 1,2 3,36 1,1 0,57 0,4
10 2,92 1, 2 3,49 1,1 0,57 0,4
11 22,09 9,1 26,36 8,5 4, 33 2,7
12 4,16 1,7 5,04 1,6 0,89 0,6
13 12,7 5,3 15,43 5,0 2,77 1,8
14 1,21 0,5 1,49 0,5 0,27 0,2
15 2,79 1,2 3,37 1,1 0,59 0,4
16 2,84 1,2 3,41 1,1 0,59 0,4
17 12,14 5,0 14,57 4,7 2,48 1,6
18 3,52 1,5 4,28 1,4 0,73 0,5
19 7,35 3, 0 8,74 2,8 1,38 0,9

Таблица 2.

Гармонические токи для системы, состоящей из 5 -го фильтра гармоник

Рис. 7.

Сканирование частоты для полного сопротивления системы с 5-м (a), (5 + 7) -ым (b), (5 + 7 +) 11) -я (c), (5 + 7 + 11 + 13) -я (d) фильтры гармоник

Увеличение гармонического тока в цепи фильтра может быть определено следующим коэффициентом:

βFn = | IFn || IDn | = | Zn || ZFn | E7

и для фидерной цепи аналогично:

βSn = | ISn || IDn | = | Zn || ZSn | E8

где: IDn, ISn, IFn- n th гармоника ток источника гармоник, фидера и фильтра соответственно; Zn, ZSn, ZFn - импедансы n -й гармоники системы, фидера и фильтра в точке общего подключения соответственно.

Коэффициент усиления гармоник позволяет оценить ток гармоник в цепи фильтра или фидера для нескольких конфигураций системы относительно гармонического тока источника. Значение меньше 1.0 означает, что только часть гармонического тока источника течет в ветви цепи.

Расчетные значения коэффициентов усиления гармоник для анализа нагрузки 5-го фильтра в нескольких конфигурациях системы приведены в таблице 3. Колонка «Верхние пределы отклонения» с конденсаторами 2 × 1,5 Мвар соответствует рис.7. Значительное усиление 4-й и 5-й гармоник видно из таблицы 3 в 5-й цепи фильтра и фидера при подключенных конденсаторах 2 × 1,5 Мвар. Это может вызвать перегрузку фильтра и превышение допустимых искажений напряжения системы. С другой стороны, чем меньше отклонение параметров фильтра, тем меньше коэффициент увеличения. Отключение конденсаторов 2 × 1,5 Мвар снижает усиление 5-й гармоники в цепях до приемлемого уровня, но 4-я гармоника усиливается значительно сильнее из-за близости к резонансному пику.

    0
918 918 1,0
F21 + F21 +07 910 .4
918 F3 918 1,1 9130 918 + F11 + F13
Конфигурация системы Верхние пределы отклонения Нижние пределы отклонения Нижний предел отклонения
фильтр Питатель
С крышкой. 2 × 1,5 Мвар β F4 β F5 β S4 β S5 β F4 β F510 9184 910 910 910 910 S5
F5 4.2 0,8 9,3 1,7 0,5 1,1 2,6 0,4
F5 + F7 14,4 1,4 32,2 2,8 1,4 32,2 2,8 0,4
F5 + F7 + F11 4,8 2,8 10,2 5,5 0,8 0,9 4,5 0,4
18,6 5,2 36,7 1,4 0,8 7,4 0,3
Без крышки. 2 × 1,5 Мвар
F5 0,8 0,3 1,9 0,7 0,2 1,6 0,6 0,4 2,4 0,8 0.3 1,5 1,4 0,6
F5 + F7 + F11 1,5 0,5 3,2 1,0 0,3 1,4 1,6 2,1 0,6 4,5 1,1 0,3 1,3 1,8 0,5

Таблица 3.

Коэффициенты увеличения гармонического тока β в системе

Коэффициенты увеличения тока в схемах фильтров в возможных конфигурациях фильтров показаны в таблице 4.Здесь следует отметить, что гармоническая нагрузка фильтров в системе без конденсаторов 2 × 1,5 Мвар зависит от конфигурации фильтра и расстройки фильтра. Хорошо известно, что последовательный контур L-C имеет самый низкий импеданс на своей резонансной частоте. Ниже резонансной частоты схема ведет себя как конденсатор, а выше резонансной частоты - как реактор. Когда фильтр немного не настроен на желаемую частоту гармоник, он имеет более низкое поглощение гармоник в результате разделения гармонического тока между фильтром и индуктивностями системы.Если фильтр немного перенастроен, чем параллельный резонансный контур, созданный из емкости фильтра и индуктивности системы, будет увеличивать гармонический ток источника. Закономерность явлений для анализируемой системы со схемами многофильтров можно увидеть в нижней части таблицы 4 для конфигурации системы без конденсаторов 2 × 1,5 Мвар.

Переключение конденсаторов 2 × 1,5 Мвар в секцию шины изменяет нагрузку на фильтры из-за параллельного резонансного контура, созданного конденсаторами и импедансами системы.Резонансная частота системы, смотрящей из секции A с несколькими подключенными фильтрами, зависит от количества фильтров и определяет загрузку фильтра.

4 F2 + 905 .8 21-21-21-21- 918 0.4 918
Конфигурация системы Пределы отклонения
5-й фильтр 7-й фильтр 7-й фильтр 7-й фильтр
С крышкой.2 × 1,5 Мвар Вверх Lo Вверх Lo Вверх Lo Вверх Lo
F5 0,8 1,1 - 0,8 1,1 - - - -
F5 + F7 1,4 1,0 0,1 0,1 - - - - 0,9 0,1 0,1 0,6 1,9 - -
F5 + F7 + F11 + F13 18,6 0,8 0,121 0,121 0,12 1,3 0,6 3,2
Без крышки. 2 × 1,5 Мвар
F5 0,3 1,6 - - - - - 1,5 0,5 3,0 - - - -
F5 + F7 + F11 0,5 1,4 0,7 - -
F5 + F7 + F11 + F13 0,6 1,3 0,8 1,5 2,5 1,0 0,7 2,1 4,1 коэффициенты увеличения тока β Fn в схемах фильтров

На рисунке 8 показаны формы колебаний тока и их спектры гармоник для параллельных 11 и 13 фильтров гармоник в анализируемой системе, полученные в результате компьютерного моделирования системы во временной области.Первое наблюдение этих двух случаев - значительная гармоническая перегрузка фильтров. В случае реактора с фильтрующим железным сердечником это явление может вызвать повышение температуры реактора и его выход из строя.

Рисунок 8.

Осциллограммы тока и их гармонические спектры для параллельных 11-го (a) и 13-го (b) фильтров

Изображены наиболее характерные случаи конфигураций параллельных фильтров (например, при питании секций A и B из секции 1). в таблице 5.Два параллельных фильтра одного порядка имеют противоположную расстройку резонанса с верхним и нижним пределами отклонения параметров. Из анализа таблицы 5 видно, что противоположная отстройка резонанса фильтров одного порядка может вызвать значительную перегрузку фильтра. Как было отмечено ранее, фильтры гармоник более высокого порядка более чувствительны к изменениям параметров компонентов фильтра с точки зрения расстройки. Кроме того, резонансная расстройка фильтров одного порядка в некоторых конфигурациях системы может вызвать параллельные системные резонансные пики, близкие к характеристической гармонике.

Из представленного выше примера должно быть совершенно ясно, что определение фильтров гармоник и коррекции коэффициента мощности требует значительного внимания и внимания к деталям. Основные результаты исследования:

  • - плохая практика - добавлять схемы фильтров к существующим конденсаторам коррекции коэффициента мощности,

  • - неправильная конструкция резонансной точки фильтра с учетом допусков на изготовление конденсаторов и реакторов и условий эксплуатации может привести к значительная гармоническая перегрузка фильтра,

  • желательно избегать параллельной работы фильтров одного порядка в системе.

4 4
Конфигурация системы Пределы отклонения
5-й фильтр 932533 фильтры фильтры
С крышкой. 2 × 1,5 Мвар вверх Lo вверх Lo вверх Lo вверх Lo
2 × (F5 + F7) * 0.55 0,55 0,50 0,50 - - - -
2 × (F5 + F7) 0,15 0,91 9018 0,21 9018 9185 9185 9185 0,91 9018 021 9185 9185 - - -
2 × (F5 + F7 + F11 + F13) 0,18 1,05 0,10 0,16 0,57 1,42

1,42 902 (F5 + F7) + 2 × (F11 + F13) 18.34 - 0,11 - 0,55 1,44 3,02 5,01
Без крышки. 2 × 1,5 Мвар
2 × (F5 + F7) * 0,41 0,41 0,50 0,50 - -
2 × (F5 + F7) 0,13 0,77 5,40 9.44
2 × (F5 + F7 + F11 + F13) 0,15 0,86 1,21 2,11 0,50 1,23 321 3,12 + F7) + 2 × (F11 + F13) 0,84 - 1,23 - 0,48 1,20 3,11 5,04

Коэффициенты усиления

Таблица 5.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *