Что такое активный фильтр гармоник (APF)? Принцип работы и расчет номинала

Активные фильтры мощности (АФМ) являются очень важными технологиями для улучшения качества электроэнергии электрических систем. APF также используются для снижения гармонических помех и улучшения качества энергосистем. С ростом числа электронных устройств, используемых в промышленности, возникает большая потребность в чистом и надежном источнике электроэнергии, что делает их незаменимыми для улучшения управления электрическими системами.

Как работает активный фильтр мощности (APF)?

Активный фильтр мощности работает путем мониторинга и анализа сигналов в реальном времени от энергосистемы. Он может идентифицировать как основные, так и гармонические составляющие напряжения и тока, и генерировать компенсирующие токи для противодействия негативному влиянию гармоник. Благодаря динамическому отклику, он может эффективно фильтровать нежелательные частоты, позволяя основной частоте проходить беспрепятственно, тем самым создавая оптимально сбалансированное электропитание, отвечающее потребностям чувствительных электронных устройств.

Ключевые преимущества активных фильтров мощности (АФМ)

Реализация APF предлагает многочисленные преимущества:

• Гармоническая компенсация: АФЧ обеспечивают соответствие нормативным требованиям, значительно снижая гармонические искажения при подаче электроэнергии.
• Улучшение коэффициента мощности ИПФ повышают эффективность электрических приборов за счет коррекции коэффициента мощности, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.
• Продление срока службы оборудования Снижение загрязнения от электрических источников требует меньше оборудования, что также продлевает срок службы установленного прибора.
• Адаптивность в реальном времени По сравнению с пассивными типами фильтров, характеристики которых предопределены, активные фильтры (АФ) автоматически адаптируются к изменениям нагрузки и условий окружающей среды, обеспечивая большую гибкость, чем пассивные фильтры.

APF против пассивного фильтра: ключевые различия

Прямое сравнение активных и пассивных фильтров быстро выявляет ключевые различия между этими группами продуктов. Пассивные фильтры используют только пассивные элементы схемы (например, индукторы и конденсаторы) для воздействия на предопределенные гармонические частоты; следовательно, пассивные фильтры демонстрируют низкую степень адаптивности к изменяющимся условиям. В отличие от них, активные фильтры мощности используют как алгоритмические вычисления, так и силовую электронику для обеспечения динамически регулируемых уровней компенсации в более широком диапазоне рабочих частот. Благодаря своей способности обеспечивать динамическую компенсацию, активные фильтры, как правило, более эффективны в приложениях, где гармоническое содержание значительно меняется от времени к времени или от одного места к другому.

Основные применения активных фильтров мощности

Активный фильтр мощности (АФМ) находят широкое применение в различных отраслях, включая:

• Производственные мощности: Для обеспечения бесперебойной работы механизмов, которые сильно зависят от электронного питания.
• Центры обработки данных В ситуациях, требующих высокой надежности и высокой эффективности, улучшение качества электроэнергии позволит вам достичь их на самом высоком уровне.
• Системы возобновляемой энергетики: Гармоники часто являются проблемой для ветряных турбин и солнечных панелей, но использование конденсаторных батарей помогает стабилизировать их выходную мощность.
• Электрические тяговые системы: Часто используется на транспорте для улучшения качества тяговой мощности.

АРФ не только выполняют эти функции, но и помогают соблюдать многие строгие отраслевые руководящие принципы и стандарты регулирования качества электроэнергии, что еще более увеличило их принятие в сегодняшних электрических сетях.

Что измеряет и компенсирует активный фильтр гармоник (APF)

Активный фильтр гармоник использует трансформаторы тока для контроля тока нагрузки или источника, а также контроллер для выделения нежелательных составляющих из основного тока, необходимого нагрузке. Затем преобразователь напряжения формирует и вводит регулируемый ток с противоположным гармоническим составом. В выбранной точке измерения ток источника становится ближе к эталонной форме сигнала. В зависимости от конструкции и настроек тот же преобразователь может также обеспечивать компенсацию реактивного тока и помогать балансировать фазные токи, однако эти функции расходуют доступную токовую мощность и должны учитываться при выборе номинала оборудования.

Расположение ТТ определяет, какие параметры доступны контроллеру для контроля. Трансформатор тока, установленный только на части параллельной линии питания, не может компенсировать ток, который он не измеряет. Обратная полярность, неправильное соответствие фаз, чрезмерная нагрузка вторичной цепи из-за длинных соединительных проводов или неверный коэффициент трансформации ТТ могут привести к слабой реакции, нестабильной работе или срабатыванию сигнализации. При вводе в эксплуатацию необходимо проверить чередование фаз и полярность на известной нагрузке до включения полного автоматического режима.

Как выбрать номинал активного фильтра гармоник

Не выбирайте APF только на основании мощности трансформатора в кВА или суммарной мощности подключённых частотно-регулируемых приводов. Измерьте спектр гармонических токов и действующее значение тока в предполагаемой точке компенсации при типичных режимах работы. Определите величину тока, которую необходимо устранить для соблюдения установленных проектом предельных значений, добавьте составляющие реактивного тока и тока небаланса только в том случае, если эти функции необходимы, и предусмотрите запас с учётом температуры окружающей среды, высоты над уровнем моря, типа корпуса и резервирования. Убедитесь, что преобразователь обладает достаточной полосой пропускания для значимых порядков гармоник, а его входы ТТ, номинальное напряжение, стойкость к токам короткого замыкания и интерфейсы связи соответствуют условиям объекта.

Активный силовой фильтр (APF), пассивный фильтр или расстроенная конденсаторная батарея?

Активный силовой фильтр (APF) является оптимальным решением в тех случаях, когда нагрузка изменяется, уровни различных гармоник колеблются или требуется модульная система с поэтапным увеличением мощности. Настроенный пассивный фильтр может быть эффективным при предсказуемом гармоническом спектре, однако при его проектировании необходимо учитывать импеданс сети и режимы коммутации. Расстроенная конденсаторная батарея предназначена прежде всего для компенсации реактивной мощности с целью предотвращения резонанса в определённом диапазоне частот; она не является полноценным фильтром гармоник автоматически. Гибридные системы позволяют распределить задачи между компенсацией постоянной реактивной нагрузки и динамической фильтрацией гармоник, однако их системы управления и защиты должны быть согласованы между собой.

Пусконаладка и приёмка

Зафиксируйте исходные осциллограммы напряжения и тока, гармонический спектр, уровень нагрузки и рабочие режимы. Проверьте трансформаторы тока (ТТ), вентиляцию, системы защиты, байпас, аварийную сигнализацию и средства связи. Включайте компенсацию постепенно, контролируя ток преобразователя и напряжение на шинах. Приёмочные испытания должны предусматривать сравнение измерений до и после установки в согласованной точке с использованием одинакового интервала усреднения и при одинаковом состоянии производственного процесса. При появлении новых резонансных явлений, перегрева, ложных срабатываний защиты или взаимодействия с генераторами, источниками бесперебойного питания (ИБП), конденсаторными батареями и другими активными компенсаторами необходимо провести дополнительное расследование.

FAQ: Часто задаваемые вопросы об активных фильтрах мощности

Какие типы активных фильтров (APF) доступны?

Три основных типа активных фильтров мощности (APF) включают: (1) Параллельный APF – Параллельный активный фильтр мощности подключается к нагрузкам для устранения гармоник тока. (2) Последовательный APF – Последовательный активный фильтр мощности компенсирует качество напряжения (т.е. искажения или возмущения напряжения), подключаясь последовательно с энергосистемой. (3) Гибридный APF – Гибридный активный фильтр мощности представляет собой комбинацию активного фильтра мощности и пассивного фильтра, что улучшает общую производительность и эффективность фильтров по сравнению с использованием любого из методов по отдельности.

Что такое гармоники и почему они вредны?

Гармоники — это частоты в электрической системе, которые не нужны; это кратные основной частоте, например, 60 Гц или 50 Гц. Проблемы, связанные с гармониками, могут привести к перегреву, отказу электрооборудования, увеличению счетов за электроэнергию и повышенному износу электрических устройств. Активные фильтры мощности устраняют эти нежелательные гармоники из системы, позволяя системе работать плавно и надежно.

Стоят ли инвестиции в активный фильтр мощности (АФМ)?

APF часто стоит затрат на внедрение в любой промышленной среде, центре обработки данных и/или среде, чувствительной к электронному оборудованию. В долгосрочной перспективе преимущества APF включают снижение потерь энергии и затрат на обслуживание, увеличение срока службы вашего оборудования и повышение общей эффективности вашей системы, что в результате приводит к экономии средств.

Могу ли я установить активный фильтр мощности (АФМ) в своем доме?

Хотя активный фильтр мощности (АФМ) обычно используется для решения проблем качества электроэнергии, таких как гармоники от современных бытовых приборов и систем возобновляемой энергетики, АФМ могут применяться в домах, где существуют проблемы качества электроэнергии из-за гармоник, которые создает ваше конкретное оборудование. Однако, поскольку они стоят очень дорого, их чаще реализуют в более крупных приложениях.

Как выбрать подходящий активный фильтр мощности (АФМ) для моего приложения?

Перед выбором активный фильтр (АФ), должна быть проведена тщательная оценка вашей системы электропитания. Факторы, которые необходимо учитывать, включают: гармонические искажения, тип нагрузки, номинальную мощность нагрузки и требуемую степень компенсации. Кроме того, сотрудничество с экспертом или поставщиком, специализирующимся на APF, поможет гарантировать, что вы получите наилучший активный фильтр мощности (APF) для вашего применения.

Активные фильтры мощности представляют собой отличную инвестицию для любого бизнеса, заинтересованного в улучшении своих электрических систем, благодаря повышению энергоэффективности, защите чувствительной электроники от повреждений и соответствию стандартам качества электроэнергии.

Практические ответы на часто задаваемые вопросы

Для чего нужен активный силовой фильтр?

Он измеряет нежелательные гармонические токи, а также при необходимости реактивные или несимметричные токи, после чего подаёт регулируемый компенсирующий ток.

Может ли активный фильтр гармоник улучшить коэффициент мощности?

Многие активные фильтры мощности (АФМ) могут обеспечивать подачу реактивного тока, однако это задействует мощность преобразователя и должно учитываться при настройке и расчёте параметров проекта.

Как выбирается номинальный ток APF?

Используйте измеренные значения гармонического тока по порядкам гармоник и режимам работы, а также учитывайте дополнительные требования к компенсации реактивной мощности, снижению номинальных характеристик, расширению и резервированию.

Где следует устанавливать трансформаторы тока (ТТ) для активных фильтров гармоник (APF)?

Установите их на границе зоны, которую должен контролировать активный фильтр гармоник (APF), обеспечив правильный коэффициент трансформации, полярность, соответствие фаз и охват всех соответствующих параллельных цепей.

Заменяет ли APF исследование гармоник?

Нет. Исследование позволяет определить проблему, точку компенсации, требуемый ток, взаимодействие с электрической сетью и предельные значения для приёмочных испытаний.