Itu prinsip kerja aktif filter harmonik menggunakan loop kontrol tertutup: mengukur arus beban yang terdistorsi, menghitung komponen yang tidak diinginkan yang dipilih, mengendalikan konverter daya, dan menyuntikkan arus kompensasi secara paralel di bus yang ditentukan. Di batas tersebut, arus beban dan arus filter menentukan arus sumber, menghubungkan deteksi, pembuatan referensi, pelacakan arus, dan injeksi shunt dalam satu rangkaian operasi.
Apa Perubahan yang Dilakukan Filter Harmonik Aktif Shunt dalam Sistem Tenaga
Filter harmonik aktif shunt menyuplai arus kompensasi secara paralel dengan beban, mengurangi jumlah arus tidak diinginkan yang harus melewati sisi sumber dari bus yang dipilih.
Beban nonlinier tidak menarik arus secara langsung sebanding dengan tegangan suplai sinusoidal. Sebagai contoh, front end penyearah dalam VFD dapat menarik arus secara pulsa-pulsa, sehingga bentuk gelombang arus beban mengandung komponen fundamental ditambah komponen harmonik.
Arus harmonik adalah bagian yang terkait dengan komponen bentuk gelombang di atas fundamental. Filter aktif shunt menyuplai pasangan yang dikendalikan dari komponen yang dipilih sebagai pengganti meminta sumber hulu untuk menyuplai semuanya.
Filter aktif shunt adalah sumber arus yang dikendalikan yang terhubung di samping beban tersebut. Tidak membawa seluruh arus beban secara seri; ia menambahkan jalur arus lain di bus yang dikompensasi.
Sebuah filter daya aktif, atau APF, menggunakan elektronik daya terkendali daripada jaringan pasif tetap; artikel ini berfokus pada bentuk arus shunt.
Pilih konvensi tanda sebelum membaca keseimbangan arus. Definisikan arus sumber dan arus filter sebagai masuk ke bus yang dikompensasi, dengan arus beban keluar menuju beban.
i_sumber + i_filter = i_beban
Secara ekuivalen, i_sumber = i_muat - i_filter. Untuk komponen beban yang ditargetkan, konvensi referensi cabang ini menetapkan komponen filter dengan tanda aljabar yang sama dengan komponen beban; pengurangan tersebut mewakili filter yang memasok komponen tersebut secara lokal.
Pertimbangkan beberapa penyearah VFD yang terhubung ke satu bus pabrik. Penggerak terus menarik arus yang dibutuhkan proses mereka, sementara AHF memasok komponen harmonik dan arus reaktif tertentu secara lokal; konduktor hulu kemudian membawa jumlah sisa pada bus tersebut.
| Jumlah atau pekerjaan fungsional | Apa yang diwakili | Mengapa harus tetap berbeda |
|---|---|---|
| Arus beban yang diukur | Sinyal arus yang diamati oleh sensor di batas yang ditentukan | Ini adalah input ke pengendali, bukan koreksi itu sendiri |
| Referensi arus kompensasi | Target pengendali yang berubah seiring waktu | Ini mengatakan apa yang harus diproduksi oleh konverter selanjutnya |
| Regulasi bus DC | Tugas menjaga keadaan energi DC yang dapat digunakan dari konverter | Ini mendukung sintesis arus tetapi bukan arus AC yang disuntikkan |
| Arus filter aktual | Arus yang dihasilkan oleh konverter switching | Harus mengikuti referensi cukup dekat untuk mempengaruhi bus |
| Arus sumber yang dihasilkan | Jumlah yang terlihat di sisi pasokan dari batas yang dipilih | Di sinilah tujuan kompensasi dievaluasi |
Pengukuran, perintah, konverter arus, dan arus sumber tetap menjadi kuantitas terpisah sepanjang prinsip kerja AHF.
Bacalah sebagai diagram filter harmonik aktif, urutannya berjalan dari sinyal arus beban yang diukur ke referensi pengontrol, arus filter aktual, dan arus sumber yang dihasilkan.
Langkah 1: CT Menangkap Sinyal Arus Beban
Transformator arus memberikan representasi arus kepada pengontrol di batas listrik yang ditentukan; CT itu sendiri tidak menghilangkan harmonik atau menyuntikkan arus korektif.
Penempatan transformator arus menentukan apa yang dapat dilihat pengontrol. CT feeder dan CT bus utama mewakili batas kompensasi yang berbeda meskipun perangkat sensor sama.
Polarisasi dan korespondensi fase menjaga arah sinyal yang dimaksud. The panduan penempatan dan wiring transformator filter harmonik aktif menghubungkan keputusan tersebut dengan rasio, routing, dan bukti commissioning pada diagram satu garis.
Bagi pemula yang membaca diagram blok vendor, perbedaan yang jelas adalah sederhana: panah dari CT ke pengontrol adalah informasi. Jalur arus besar dari konverter ke bus adalah tindakan kompensasi.
Langkah 2: Pengendali Membuat Referensi Arus Kompensasi
Pengontrol memproses kuantitas listrik yang diukur dan membangun referensi arus kompensasi: bentuk gelombang target yang harus disuplai tahap daya berikutnya.
Dalam istilah perangkat keras, prosesor sinyal digital atau pengontrol waktu nyata lainnya mengubah input sensor menjadi arus referensi. Referensi tersebut adalah perintah, belum arus fisik yang mengalir di cabang filter.
Pekerjaan itu lebih tepat daripada “deteksi harmonik.” Pengendali harus membedakan komponen arus yang terkait dengan tujuan yang dikonfigurasikan, membentuk referensi dengan tanda yang diperlukan, dan terus memperbarui perintah saat beban berubah.
Desain yang berbeda mungkin menggunakan metode kerangka referensi sinkron, metode p-q seketika, analisis spektral, atau arsitektur kontrol lain. Nama algoritma tersebut menggambarkan cara menghitung target; mereka tidak mengubah urutan fungsi umum pengukuran, pembuatan referensi, dan pelacakan arus.
Seorang insinyur yang membandingkan satu diagram blok yang diberi label dq0 dengan yang lain yang diberi label p-q seharusnya mengajukan dua pertanyaan terpisah. Tujuan arus apa yang sedang dihitung, dan bagaimana konverter mengikuti referensi tersebut di bawah kondisi beban dan pasokan yang diharapkan?
Estimasi sinyal kompensasi, regulasi bus DC, dan kontrol arus konverter terkait tetapi berbeda. Bersama-sama mereka membentuk prinsip kerja filter daya aktif bahkan ketika algoritma internal dan implementasi perangkat keras berbeda.
Langkah 3: Bus DC dan Konverter IGBT Menghasilkan Arus Filter
Pengendalian bus DC mendukung konverter switching yang mengubah referensi digital menjadi arus filter AC nyata di bus yang dikompensasi.
Bus DC adalah buffer energi internal yang diatur oleh konverter. Ia memberi tahap daya ruang listrik yang dibutuhkan untuk membentuk arus, sementara fungsi kontrol terpisah menjaga tegangan link DC mendekati target operasinya.
Inverter IGBT bukan sekadar saklar elektronik nyala/mati untuk kabinet. Kaki semikonduktor-nya beralih di bawah kendali arus sehingga output konverter mengikuti perintah arus kompensasi yang berubah.
Inilah juga sebabnya mengapa mengatakan AHF “menyimpan harmonik” memberikan model mental yang salah. Pengendali memperkirakan arus yang diinginkan, dan konverter secara terus-menerus bertukar energi listrik dengan sistem AC sambil mensintesis arus tersebut; tidak ada gudang gelombang harmonik yang tertangkap yang menunggu untuk dikosongkan.
Pelacakan arus menutup loop antara perintah dan tindakan. Pengendali mengamati respons listrik, menyesuaikan switching konverter, dan memperbarui perintah saat beban nonlinier berubah, sehingga arus filter yang sebenarnya mengikuti referensi daripada tetap sebagai gelombang tetap.
Langkah 4: Arus Filter dan Arus Beban Ditambahkan di bus yang dipilih
Dengan semua panah cabang diarahkan seperti yang didefinisikan di atas, pembatalan terjadi melalui penjumlahan arus di bus yang dipilih: filter mereproduksi komponen arus beban yang dipilih dengan tanda aljabar yang sama, sehingga mengurangkan arus filter mengurangi kontribusinya terhadap arus sumber.
Misalkan arus beban mengandung komponen fundamental ditambah beberapa komponen harmonik. Sumber tetap menyediakan daya fundamental yang diminta oleh proses, tetapi cabang filter dapat membawa pasangan terkendali dari komponen yang tidak diinginkan yang dipilih.
Frasa “sama dan berlawanan” yang familiar mengasumsikan bahwa arus beban dan filter digambarkan menggunakan satu arah referensi global yang sama. Di bawah konvensi referensi cabang yang digunakan di sini, kedua nilai komponen memiliki tanda aljabar yang sama karena panah cabang beban dan filter menunjuk ke arah yang berlawanan relatif terhadap bus.
Titik kopling bersama, atau PCC, adalah batas listrik yang disepakati di mana tim mengevaluasi hubungan antara arus sumber, beban, dan filter. Dalam bahasa sederhana, ini adalah bus di mana pertanyaannya menjadi: arus apa yang saat ini dilihat oleh pasokan?
Keseimbangan arus juga menjawab pertanyaan umum komunitas tentang ke mana harmonik pergi. Filter tidak memindahkan paket distorsi yang tersimpan ke tempat lain; ia menghasilkan arus terkendali yang komponen yang dipilihnya mengurangi komponen yang sesuai di jumlah sisi sumber.
Ketika beban berubah, gelombang bentuk yang diukur berubah, referensi dihitung ulang, dan output konverter mengikuti. Pembaruan dinamis adalah perbedaan utama antara sumber arus aktif terkendali dan jaringan yang disetel tetap.
Mengapa Pembatalan Aktif Berbeda dari Penyaringan Pasif
Filter harmonik aktif dan pasif bekerja melalui mekanisme fisik yang berbeda: AHF mengukur dan menghasilkan arus yang berubah, sementara filter pasif menggunakan induktor, kapasitor, dan resistansi untuk menciptakan jalur impedansi yang bergantung pada frekuensi.
Perbedaan itu menyelesaikan pertanyaan yang sudah dikenal, “Apakah filter harmonik juga bank kapasitor?” Bank kapasitor mungkin menyuplai daya reaktif, dan filter pasif yang disetel mungkin mencakup kapasitor, tetapi keduanya tidak secara otomatis menjadi konverter terkendali seperti yang dijelaskan di atas.
| Titik perbandingan | Filter harmonik aktif shunt | Filter harmonik pasif yang disetel |
|---|---|---|
| Koneksi dan aksi | Terhubung secara paralel dan menyuntikkan arus yang diperintahkan | Memberikan jalur impedansi yang bergantung pada frekuensi melalui komponen pasif |
| Respon terhadap beban yang berubah | Menghitung ulang dan mengikuti referensi arus yang berubah | Penyesuaian tuning ditetapkan oleh nilai komponen dan interaksi sistem |
| Jumlah terkendali utama | Arus konverter mengikuti referensi yang dihitung | Impedansi jaringan membentuk jalur frekuensi tertentu |
| Ketergantungan desain utama | Batas pengukuran, tujuan pengendali, kapasitas arus, dinamika konverter, dan integrasi | Frekuensi tuning, rating komponen, impedansi jaringan, resonansi, dan kondisi switching |
Peralatan aktif dan pasif juga dapat dikoordinasikan dalam satu fasilitas karena masing-masing bekerja melalui mekanisme listrik yang berbeda.
Untuk keputusan pemilihan lengkap—including penyetelan, resonansi, perilaku beban yang berubah, dan pertimbangan instalasi—gunakan filter harmonik aktif versus filter harmonik pasif.
Apa yang Tidak Dijamin oleh “Sama dan Berlawanan”
“Sama dan berlawanan” menggambarkan hubungan komponen fisik ketika kedua arus berbagi satu arah referensi global; ini bukan aturan aljabar untuk panah cabang yang digunakan di atas. Distorsi residual tetap bergantung pada sensing, arus kompensasi yang tersedia, respons pengontrol, kondisi jaringan, dan keadaan beban.
Pembacaan meter berubah tergantung titik pengukuran dan kondisi operasi. Oleh karena itu, hasil di satu panel tidak dapat menyelesaikan PCC yang berbeda atau kondisi beban yang berbeda.
Penting: Pembacaan arus harmonik yang lebih rendah di satu panel tidak membuktikan bahwa penempatan CT, kapasitas filter, atau target penerimaan PCC telah diselesaikan—hubungkan hasil tersebut dengan batas pengukuran yang ditentukan, kondisi operasi yang mewakili, arus kompensasi yang tersedia, dan metode penerimaan yang disepakati.
Distorsi harmonik total, atau THD, adalah ringkasan yang berguna dari konten harmonik gelombang. Ini bukan jawaban tunggal tentang di mana letak CT, berapa rating arus yang diperlukan, atau apakah batas kontrak telah dipenuhi.
Gunakan Panduan penempatan dan pengkabelan CT untuk mendefinisikan batas pengukuran/ pengendalian sebelum menganggap pembacaan sebagai representatif. Setelah batas tersebut ditetapkan, Panduan perhitungan ukuran APF mengubah permintaan terukur menjadi input kapasitas, dan Panduan pemilihan AHF menerapkan input tersebut ke peralatan dan kriteria penerimaan.
Model loop kontrol yang benar tidak menyediakan data lokasi yang dibutuhkan untuk pemilihan peralatan. Log yang mewakili, diagram satu garis, kendala instalasi, dan titik penerimaan yang didefinisikan melengkapi keputusan berikutnya.
Bagaimana Keluarga Produk CNBYG AHF/APF Mengimplementasikan Rangkaian
Keluarga produk CNBYG AHF/APF mengikuti rantai fungsi yang sama seperti yang dijelaskan di atas: deteksi CT eksternal, ekstraksi digital dari komponen arus target, dan generasi serta injeksi arus kompensasi berbasis IGBT.
Itu keluarga produk CNBYG AHF/APF menyajikan bentuk yang dipasang di dinding dan dipasang di rak. Di seluruh bentuk tersebut, input CT eksternal memberi makan pemrosesan digital, yang mengendalikan arus inverter yang diinjeksi ke bus.
Sebelum membandingkan seri atau rating CNBYG, tentukan batas listrik, profil arus harmonik yang mewakili, tegangan sistem dan konfigurasi, kondisi beban, peralatan kompensasi yang ada, kondisi instalasi, dan target penerimaan.
Itu Sistem Kualitas Daya hub mengatur pengukuran dan konteks sistem yang digunakan sebelum memilih peralatan. Panduan ukuran dan pemilihan CT menyediakan tingkat detail berikutnya setelah catatan tersebut lengkap.
FAQ
Bagaimana cara kerja filter harmonik aktif langkah demi langkah?
Ini mengukur arus di batas yang ditentukan, memproses sinyal menjadi referensi arus kompensasi, menggunakan konverter terkendali untuk menghasilkan arus filter, menginjeksikan arus tersebut secara paralel, dan memperbarui perintah saat beban berubah. Dengan arus sumber dan filter yang didefinisikan menuju bus, sumber menyuplai arus beban dikurangi kontribusi filter.
Apa perbedaan antara filter harmonik pasif dan aktif?
Filter pasif menggunakan induktor, kapasitor, dan resistansi yang disetel untuk membentuk impedansi jaringan pada frekuensi tertentu. Filter aktif mengukur keadaan listrik dan mengendalikan konverter daya untuk menghasilkan arus kompensasi yang berubah-ubah.
Mengapa arus kompensasi disebut sama dan berlawanan?
Frasa ini menggunakan satu arah referensi global umum, di mana komponen filter fisik berlawanan dengan komponen beban yang ditargetkan. Dengan panah cabang yang digunakan dalam artikel ini, komponen filter adalah salinan dari beban yang ditargetkan dengan tanda yang sama, dan i_sumber = i_muat - i_filter menguranginya dari arus sumber.
Apakah AHF menghilangkan semua harmonik?
Tidak ada hasil universal yang mengikuti dari prinsip saja. Arus residual bergantung pada batas pengukuran, komponen yang ditargetkan, kapasitas arus yang tersedia, respons pengontrol dan konverter, kondisi beban, dan integrasi sistem.
Di mana filter harmonik aktif terhubung?
AHF shunt umum terhubung secara paralel dengan beban atau bus sehingga dapat menginjeksikan arus. Titik koneksi yang tepat dan lokasi CT harus sesuai dengan batas kompensasi yang dimaksud dan desain proyek yang disetujui.
Apa saja empat jenis filter aktif?
Sebuah taksonomi tingkat tinggi yang umum adalah shunt, seri, hibrida, dan pengatur kualitas daya terpadu. Filter shunt terutama menginjeksikan arus secara paralel; filter seri menginjeksikan tegangan, pengaturan hibrida menggabungkan fungsi aktif dan pasif, dan UPQC mengkoordinasikan fungsi seri dan shunt.
Bisakah AHF juga memperbaiki faktor daya?
Beberapa produk filter aktif dapat mencakup kompensasi arus reaktif atau koreksi faktor daya sebagai fungsi yang dikonfigurasi. Apakah fungsi tersebut tersedia dan bagaimana kapasitas dibagi harus dikonfirmasi untuk produk dan aplikasi yang dipilih.
Bagaimana ukuran AHF dan berapa biayanya?
Pengukuran dimulai dengan permintaan arus harmonik yang mewakili yang diukur di batas yang dimaksud, kemudian mempertimbangkan tegangan, kondisi beban, topologi, instalasi, kondisi termal, dan tujuan penerimaan. Biaya mengikuti kapasitas peralatan yang dibutuhkan dan integrasi proyek daripada hanya diagram prinsip kerja; gunakan panduan pengukuran dan pemilihan yang terkait untuk keputusan tersebut.
Referensi
Untuk pemeriksaan operasi yang terfokus, baca mengapa filter harmonik aktif tidak mengurangi THD; pemecahan masalah alarm filter harmonik aktif; kontrol filter open-loop dan closed-loop.