Aktiver Oberschwingungsfilter AHF

Produkteinführung

Gemäß den Anforderungen der Norm IEEE 519 muss die gesamte harmonische Verzerrungsrate (THD) unter 5 % liegen; der Einsatz von AHF zur Kompensation der 2. bis 50. Harmonischen erfüllt die Norm IEEE 519.

Der AHF verwendet einen externen Transformator-Stromwandler (CT) zur Echtzeiterfassung des Netz- oder Laststroms. Der AHF basiert auf einer 3-Level-Topologie. Der DSP+FPGA-Controller extrahiert die sinusförmige Grundschwingung und die einzelnen Oberschwingungsströme der Last mittels schneller Fourier-Transformation und ermittelt Wirk-, Blind- und Gegensystemdaten über dq-Drehkoordinaten. Anschließend erzeugt der IGBT-Leistungswandler einen Kompensationsstrom mit gleicher Amplitude wie die Oberschwingung, jedoch umgekehrter Polarität (Oberschwingung, Blindleistung, Unsymmetrie), und speist diesen in das Netz ein, um die Netzqualität auf der Netzseite zu verbessern und die Oberschwingungen im System zu eliminieren.

AHF-Steuerungsprinzip-Diagramm

AHF-Systemtopologie (NPC-Dreilevel-Architektur)

AHF-Funktionsprinzip-Diagramm

Liste der AHF-Technischen Parameter

Technische Daten und Spezifikationen
Nennspannung (V)	400V	480V	690V
Nennleistung (A)	30A 50A 75A 100A 150A	30A 50A 75A 100A 150A	100A 150A
Betriebsfrequenz	50/60Hz±10%(45~66Hz)
Schaltungstopologie	Dreilevel-NPC
Kompensationsmodus	Oberschwingungskompensation, Blindleistungskompensation, Kompensation von Drehstrom-Lastunsymmetrien
Oberschwingungsfilterfähigkeit	Besser als 95% bei Nennlast
Filterbereich	2. bis 51. ungeradzahlige Oberschwingungen (Selektive oder Vollkompensation)
CT-Einbauort	Netz-/Lastseite
CT-Einbauart	Offener oder geschlossener Kreis (offener Kreis wird für Parallelbetrieb empfohlen)
Leitungssystem	Dreiphasen-Dreileiter / Dreiphasen-Vierleiter
Anzahl paralleler Geräte	≤20 (Ein Steuerpult kann bis zu 8 Einheiten steuern)
Redundanz	Jede AHF-Einheit kann unabhängig betrieben werden
Nennwert der Oberschwingungsreduzierung	≥95% (Für typische Oberschwingungsverzerrungen)
Filterleistung	Die Filterleistung beträgt typischerweise THDi ≤ 5% bei Nennlast (selbst unter den schwierigsten Lastbedingungen).
Überlastfähigkeit	Kann bei 110% des Nennstroms Dauerbetrieb und bei 120% des Nennstroms 1 Minute lang betrieben werden
Ziel-Leistungsfaktor	Einstellbar von -1,0 bis +1,0
3-Phasen-Lastausgleichswirkung	≤5%, Reduzierung von Gegen- und Nullsystem
Neutralleiter-Filterkapazität	3-facher Nennfilterstrom (bei 4-Leiter-Gerät)
Schalt-/Steuerfrequenz	20kHz
Vollast-Ansprechzeit	≤5ms
Ausgangsstrombegrenzung	Automatisch auf 100% der Nennleistung begrenzt
Steuerungsalgorithmus	Intelligente FFT, Selbstadaptiver Steuerungsalgorithmus
Controller	DSP+FPGA
Schutz	Hardwareschutz (IGBT-Fehler), Softwareschutz (Überspannung, Überstrom, Überlast, …)
Kommunikationsschnittstelle	RS485 und CAN
Mensch-Maschine-Schnittstelle	Externer 7-Zoll-Bildschirm / Kein Bildschirm / 1,8-Zoll-Bildschirm (optional)
Kommunikationsprotokolle	Ab Werk wird das Modbus-Fernkommunikationsprotokoll unterstützt; die Kommunikationsschnittstelle verwendet RS485 und CAN-Bus und unterstützt die Bedienung über eine Smartphone-App (optional).
Geräuschpegel	<60db (<45db bei Langsambetrieb)
Installationsmethode	Moduleinschub (Rack), Wandmontage, freistehend
Schutzart	IP20
Kühlmethode	Drehzahlgeregelte intelligente Luftkühlung mit PWM-Lüftern
Farbe	RAL7035, RAL9005, Sonderfarben
Umgebungstemperatur	-25~55℃
Relative Luftfeuchtigkeit	Maximal 95%, ohne Kondensation
Aufstellhöhe über dem Meeresspiegel	≤3000 bei Nennleistung; bei > 3000 entsprechende Leistungsreduzierung (1% Leistungsminderung pro 100m)
Qualifikationen	Prüfbericht
Umsetzungsstandards	IEEE 519

Schaden und Ursachen von Oberschwingungen (Referenzen: Fuji Electric)

Es gibt viele elektrische Geräte mit nichtlinearen Betriebseigenschaften. Selbst wenn die angelegte Spannung sinusförmig ist, ist der vom Gerät aufgenommene Strom nicht sinusförmig. Diese nichtlinearen Geräte in Stromverteilungskreisen erzeugen nichtlineare Ströme, die wiederum Spannungsverzerrungen verursachen. Diese nichtlinearen Ströme und Spannungen werden allgemein als Oberschwingungsströme und -spannungen bezeichnet. Werden diese Oberschwingungen ignoriert oder nicht erkannt, können sie resonante Oberschwingungszustände verursachen, die zu Systembetriebsproblemen, Kundenbeschwerden, verkürzter Lebensdauer von Betriebsmitteln sowie verminderter Effizienz und Leistung führen können. Oberschwingungsströme und -spannungen können viele nachteilige Auswirkungen auf das Stromversorgungssystem selbst und die angeschlossenen Lasten haben. Fehlfunktionen elektronischer Geräte, Kondensatorausfälle, Überhitzung von Transformatoren und Neutralleitern sowie übermäßige Erwärmung in rotierenden Maschinen sind einige dieser Auswirkungen.

Wie funktioniert AHF? (Referenzen: Eaton)

Oberschwingungen entstehen durch nichtlineare Lasten. Aktive Oberwellenfilter, auch als Oberschwingungskorrektureinheiten bezeichnet, sind parallele Geräte, die wie ein Geräuschunterdrückungssystem funktionieren und gleiche und entgegengesetzte Frequenzen einspeisen, um Oberschwingungen zu reduzieren. Die Filter können auch zusätzlichen Strom zur Korrektur des Leistungsfaktors bereitstellen. Was also von der Quelle zurück zum Versorgungsunternehmen fließt, ist nur ein sauberer, phasengleicher Strom.

Wenn wir zum Beispiel vier 6-Puls-Frequenzumrichter gleichzeitig betreiben, haben wir ein Oberschwingungsspektrum der 5., 7., 11. und 13. Harmonischen. Die Wellenform zeigt einen erheblichen Anteil an Oberschwingungsstrom in der gesamten harmonischen Verzerrung. Wenn der aktive Oberwellenfilter eingeschaltet wird, speist er gleiche und entgegengesetzte Oberschwingungen ein, um die vorhandenen aufzuheben. Die Wellenform ist dann sauber und phasengleich. Wenn wir das Oberschwingungsspektrum erneut betrachten, ist die Stromverzerrung sehr gering.

Die Integration aktiver Oberwellenfilter kann eine gute Oberschwingungslösung für Stromversorgungssysteme sein. Obwohl teurer als andere Optionen, sind Oberwellenfilter, wenn mehrere Antriebe ständig laufen und mehrere Antriebe als Backup vorhanden sind, eine zuverlässige Methode, um alle von den Lasten ausgehenden Oberschwingungen zu erfassen. Ein wichtiger Punkt aus systemspezifischer Sicht ist jedoch, dass Ihr Antrieb entweder einen Gleichstrom-Drossel oder einen Wechselstrom-Netzreaktor haben sollte, um die von den Antrieben ausgehenden Oberschwingungen zu minimieren.

Aktive Oberwellenfilter sind typischerweise in Einheiten von 50, 75, 100, 200 und 300 Ampere erhältlich, die parallel geschaltet werden können. Ein weiterer Vorteil der Verwendung aktiver Oberwellenfilter ist, dass sie nicht überlastet werden können, da sie, sobald sie den maximalen Oberschwingungsstrom und die maximale Blindleistungskompensation liefern, auf diesem Niveau aufhören zu produzieren – sei es 100 oder 120 Ampere, je nach Fall.

Der Einsatz aktiver Oberwellenfilter in Ihrem Stromversorgungssystem bietet eine systemweite Lösung für den internen und externen Oberschwingungsschutz.

AHF( Active Harmonic Filter)
AHF is an active harmonic filter used in power grid systems. AHF eliminates harmonic currents caused by nonlinear loads in the power grid bus and improves the power quality in the power grid and cover the 2-50th harmonic compensation to meet the IEEE 519 standard.AHF runs in parallel in the power grid bus. Compared with LC series resonant passive harmonic filters, it has the advantages of fast speed, high efficiency, small size and low cost. It is currently the most ideal harmonic filtering device for power grid.
• Item NO: AHF
• OEM & ODM Service: Available
• Order(MOQ):1
• Payment:T/T,LC

Produkteinführung

Gemäß den Anforderungen der Norm IEEE 519 muss die gesamte harmonische Verzerrungsrate (THD) unter 5 % liegen; der Einsatz von AHF zur Kompensation der 2. bis 50. Harmonischen erfüllt die Norm IEEE 519.

Der AHF verwendet einen externen Transformator-Stromwandler (CT) zur Echtzeiterfassung des Netz- oder Laststroms. Der AHF basiert auf einer 3-Level-Topologie. Der DSP+FPGA-Controller extrahiert die sinusförmige Grundschwingung und die einzelnen Oberschwingungsströme der Last mittels schneller Fourier-Transformation und ermittelt Wirk-, Blind- und Gegensystemdaten über dq-Drehkoordinaten. Anschließend erzeugt der IGBT-Leistungswandler einen Kompensationsstrom mit gleicher Amplitude wie die Oberschwingung, jedoch umgekehrter Polarität (Oberschwingung, Blindleistung, Unsymmetrie), und speist diesen in das Netz ein, um die Netzqualität auf der Netzseite zu verbessern und die Oberschwingungen im System zu eliminieren.

AHF-Steuerungsprinzip-Diagramm

AHF-Systemtopologie (NPC-Dreilevel-Architektur)

AHF-Funktionsprinzip-Diagramm

Liste der AHF-Technischen Parameter

Technische Daten und Spezifikationen
Nennspannung (V)	400V	480V	690V
Nennleistung (A)	30A 50A 75A 100A 150A	30A 50A 75A 100A 150A	100A 150A
Betriebsfrequenz	50/60Hz±10%(45~66Hz)
Schaltungstopologie	Dreilevel-NPC
Kompensationsmodus	Oberschwingungskompensation, Blindleistungskompensation, Kompensation von Drehstrom-Lastunsymmetrien
Oberschwingungsfilterfähigkeit	Besser als 95% bei Nennlast
Filterbereich	2. bis 51. ungeradzahlige Oberschwingungen (Selektive oder Vollkompensation)
CT-Einbauort	Netz-/Lastseite
CT-Einbauart	Offener oder geschlossener Kreis (offener Kreis wird für Parallelbetrieb empfohlen)
Leitungssystem	Dreiphasen-Dreileiter / Dreiphasen-Vierleiter
Anzahl paralleler Geräte	≤20 (Ein Steuerpult kann bis zu 8 Einheiten steuern)
Redundanz	Jede AHF-Einheit kann unabhängig betrieben werden
Nennwert der Oberschwingungsreduzierung	≥95% (Für typische Oberschwingungsverzerrungen)
Filterleistung	Die Filterleistung beträgt typischerweise THDi ≤ 5% bei Nennlast (selbst unter den schwierigsten Lastbedingungen).
Überlastfähigkeit	Kann bei 110% des Nennstroms Dauerbetrieb und bei 120% des Nennstroms 1 Minute lang betrieben werden
Ziel-Leistungsfaktor	Einstellbar von -1,0 bis +1,0
3-Phasen-Lastausgleichswirkung	≤5%, Reduzierung von Gegen- und Nullsystem
Neutralleiter-Filterkapazität	3-facher Nennfilterstrom (bei 4-Leiter-Gerät)
Schalt-/Steuerfrequenz	20kHz
Vollast-Ansprechzeit	≤5ms
Ausgangsstrombegrenzung	Automatisch auf 100% der Nennleistung begrenzt
Steuerungsalgorithmus	Intelligente FFT, Selbstadaptiver Steuerungsalgorithmus
Controller	DSP+FPGA
Schutz	Hardwareschutz (IGBT-Fehler), Softwareschutz (Überspannung, Überstrom, Überlast, ...)
Kommunikationsschnittstelle	RS485 und CAN
Mensch-Maschine-Schnittstelle	Externer 7-Zoll-Bildschirm / Kein Bildschirm / 1,8-Zoll-Bildschirm (optional)
Kommunikationsprotokolle	Ab Werk wird das Modbus-Fernkommunikationsprotokoll unterstützt; die Kommunikationsschnittstelle verwendet RS485 und CAN-Bus und unterstützt die Bedienung über eine Smartphone-App (optional).
Geräuschpegel	<60db (<45db bei Langsambetrieb)
Installationsmethode	Moduleinschub (Rack), Wandmontage, freistehend
Schutzart	IP20
Kühlmethode	Drehzahlgeregelte intelligente Luftkühlung mit PWM-Lüftern
Farbe	RAL7035, RAL9005, Sonderfarben
Umgebungstemperatur	-25~55℃
Relative Luftfeuchtigkeit	Maximal 95%, ohne Kondensation
Aufstellhöhe über dem Meeresspiegel	≤3000 bei Nennleistung; bei > 3000 entsprechende Leistungsreduzierung (1% Leistungsminderung pro 100m)
Qualifikationen	Prüfbericht
Umsetzungsstandards	IEEE 519

Schaden und Ursachen von Oberschwingungen (Referenzen: Fuji Electric)

Es gibt viele elektrische Geräte mit nichtlinearen Betriebseigenschaften. Selbst wenn die angelegte Spannung sinusförmig ist, ist der vom Gerät aufgenommene Strom nicht sinusförmig. Diese nichtlinearen Geräte in Stromverteilungskreisen erzeugen nichtlineare Ströme, die wiederum Spannungsverzerrungen verursachen. Diese nichtlinearen Ströme und Spannungen werden allgemein als Oberschwingungsströme und -spannungen bezeichnet. Werden diese Oberschwingungen ignoriert oder nicht erkannt, können sie resonante Oberschwingungszustände verursachen, die zu Systembetriebsproblemen, Kundenbeschwerden, verkürzter Lebensdauer von Betriebsmitteln sowie verminderter Effizienz und Leistung führen können. Oberschwingungsströme und -spannungen können viele nachteilige Auswirkungen auf das Stromversorgungssystem selbst und die angeschlossenen Lasten haben. Fehlfunktionen elektronischer Geräte, Kondensatorausfälle, Überhitzung von Transformatoren und Neutralleitern sowie übermäßige Erwärmung in rotierenden Maschinen sind einige dieser Auswirkungen.

Wie funktioniert AHF? (Referenzen: Eaton)

Oberschwingungen entstehen durch nichtlineare Lasten. Aktive Oberwellenfilter, auch als Oberschwingungskorrektureinheiten bezeichnet, sind parallele Geräte, die wie ein Geräuschunterdrückungssystem funktionieren und gleiche und entgegengesetzte Frequenzen einspeisen, um Oberschwingungen zu reduzieren. Die Filter können auch zusätzlichen Strom zur Korrektur des Leistungsfaktors bereitstellen. Was also von der Quelle zurück zum Versorgungsunternehmen fließt, ist nur ein sauberer, phasengleicher Strom.

Wenn wir zum Beispiel vier 6-Puls-Frequenzumrichter gleichzeitig betreiben, haben wir ein Oberschwingungsspektrum der 5., 7., 11. und 13. Harmonischen. Die Wellenform zeigt einen erheblichen Anteil an Oberschwingungsstrom in der gesamten harmonischen Verzerrung. Wenn der aktive Oberwellenfilter eingeschaltet wird, speist er gleiche und entgegengesetzte Oberschwingungen ein, um die vorhandenen aufzuheben. Die Wellenform ist dann sauber und phasengleich. Wenn wir das Oberschwingungsspektrum erneut betrachten, ist die Stromverzerrung sehr gering.

Die Integration aktiver Oberwellenfilter kann eine gute Oberschwingungslösung für Stromversorgungssysteme sein. Obwohl teurer als andere Optionen, sind Oberwellenfilter, wenn mehrere Antriebe ständig laufen und mehrere Antriebe als Backup vorhanden sind, eine zuverlässige Methode, um alle von den Lasten ausgehenden Oberschwingungen zu erfassen. Ein wichtiger Punkt aus systemspezifischer Sicht ist jedoch, dass Ihr Antrieb entweder einen Gleichstrom-Drossel oder einen Wechselstrom-Netzreaktor haben sollte, um die von den Antrieben ausgehenden Oberschwingungen zu minimieren.

Aktive Oberwellenfilter sind typischerweise in Einheiten von 50, 75, 100, 200 und 300 Ampere erhältlich, die parallel geschaltet werden können. Ein weiterer Vorteil der Verwendung aktiver Oberwellenfilter ist, dass sie nicht überlastet werden können, da sie, sobald sie den maximalen Oberschwingungsstrom und die maximale Blindleistungskompensation liefern, auf diesem Niveau aufhören zu produzieren – sei es 100 oder 120 Ampere, je nach Fall.

Der Einsatz aktiver Oberwellenfilter in Ihrem Stromversorgungssystem bietet eine systemweite Lösung für den internen und externen Oberschwingungsschutz.