AHF Aktywny Filtr Harmoniczny – Kompilacja przypadków zastosowań

Przedmowa

Aktywny filtr harmoniczny (AHF) to energoelektroniczne urządzenie służące do dynamicznego tłumienia harmonicznych i kompensacji mocy biernej. W porównaniu z tradycyjnymi filtrami pasywnymi, AHF oferuje znaczące zalety, w tym szybką odpowiedź, doskonałą wydajność filtrowania, odporność na zmiany impedancji sieci oraz możliwość jednoczesnego filtrowania wielu rzędów harmonicznych. W ostatnich latach, wraz z powszechnym stosowaniem nieliniowych obciążeń, takich jak napędy o zmiennej częstotliwości (VFD), prostowniki i piece łukowe w przemyśle, problem zanieczyszczenia harmonicznych sieci staje się coraz bardziej widoczny, a zastosowanie AHF odpowiednio wzrasta.

Dzięki wieloletniemu doświadczeniu technicznemu i wiedzy branżowej, firma Shanghai Wenzheng Electric Co., Ltd. dostarczyła rozwiązania do zarządzania jakością energii dla wielu przedsiębiorstw. Niniejszy dokument zawiera rzeczywiste przypadki zastosowania aktywnego filtra harmonicznego AHF w różnych gałęziach przemysłu, w tym w elektronice chemicznej, półprzewodnikach i przemyśle chemicznym, stanowiąc materiał referencyjny dla specjalistów zajmujących się zarządzaniem jakością energii.

1. Przypadek z przemysłu chemiczno-elektronicznego

1.1 Informacje o kliencie

Firma Hebei Kainuo Zhongxing Technology Co., Ltd., założona w październiku 2019 roku, jest przedsiębiorstwem high-tech utworzonym przez zespół badaczy z tytułami doktora i innych wysoko wykwalifikowanych specjalistów. Kierując się zasadami zielonych procesów biochemicznych i zrównoważonego rozwoju, firma buduje specjalistyczną bazę produkcyjną dla nowych materiałów optoelektronicznych i funkcjonalnych chemikaliów w ramach filozofii „Specjalizacja, Precyzja, Innowacja”.

1.2 Główne obciążenia i źródła harmonicznych

Linia produkcyjna tego przedsiębiorstwa wykorzystuje dużą liczbę napędów o zmiennej częstotliwości (VFD). VFD są typowymi obciążeniami nieliniowymi, które generują znaczne prądy harmoniczne podczas pracy, głównie 5., 7., 11. i 13. harmoniczne charakterystyczne. Po wprowadzeniu do sieci elektroenergetycznej prądy harmoniczne powodują zniekształcenie przebiegu napięcia, przegrzewanie urządzeń i nieprawidłowe działanie urządzeń zabezpieczających.

1.3 Rozwiązanie

Po przeprowadzeniu szczegółowej analizy jakości energii na miejscu, zespół techniczny Wenzheng Electric skonfigurował aktywny filtr harmonicznych serii AHF dla tego przedsiębiorstwa. Rozwiązanie obejmuje:

• Konstrukcja modułowa z elastyczną konfiguracją mocy, rozszerzalna w zależności od rzeczywistego poziomu harmonicznych
• Szybka odpowiedź dynamiczna z pełnym czasem reakcji poniżej 5 ms, zdolna do śledzenia i kompensacji prądów harmonicznych w milisekundach
• Podwójna funkcjonalność: tłumienie harmonicznych i kompensacja mocy biernej w jednym urządzeniu
• W pełni sterowane urządzenia mocy (IGBT) o niskich stratach i wysokiej wydajności
• Kompleksowa ochrona, w tym zabezpieczenie nadprądowe, nadnapięciowe i przed przegrzaniem
• Funkcje inteligentne, takie jak identyfikacja odwrotnego podłączenia CT i automatyczna adaptacja sekwencji faz dla łatwej instalacji

1.4 Wyniki

Po zainstalowaniu aktywnego filtra harmonicznych AHF firmy Wenzheng Electric, harmoniczne w systemie dystrybucji energii przedsiębiorstwa zostały skutecznie stłumione. Całkowite zniekształcenie harmoniczne prądu (THDi) zostało zmniejszone z 28% do poniżej 5%, a wszystkie wskaźniki jakości energii spełniają wymagania normy krajowej GB/T 14549. Urządzenia produkcyjne działają bardziej stabilnie, wskaźnik awarii sprzętu spowodowanych harmonicznymi znacznie się zmniejszył, a wydajność produkcji została skutecznie zapewniona. Klient jest bardzo zadowolony z wyników.

2. Przypadek z przemysłu półprzewodnikowego

2.1 Wprowadzenie do projektu

Firma półprzewodnikowa w Wuxi jest precyzyjnym przedsiębiorstwem produkcyjnym o ciągłym cyklu produkcyjnym. Procesy produkcji półprzewodników mają niezwykle rygorystyczne wymagania dotyczące czystości środowiska, temperatury, wilgotności i jakości zasilania. Cały zakład wymaga bardzo wysokiej jakości energii elektrycznej do celów produkcyjnych. Linia produkcyjna wykorzystuje liczne precyzyjne urządzenia wrażliwe na jakość energii.

2.2 Analiza problemu harmonicznych

Zakład półprzewodnikowy zawiera dużą liczbę obciążeń nieliniowych, takich jak VFD, systemy UPS i systemy HVAC czystych pomieszczeń. Prądy harmoniczne generowane przez te urządzenia powodują poważne zakłócenia w precyzyjnym sprzęcie półprzewodnikowym, w szczególności:

• Harmoniczne powodują zniekształcenie przebiegu napięcia, wpływając na normalną pracę precyzyjnego sprzętu, takiego jak maszyny litograficzne
• Prądy harmoniczne powodują dodatkowe nagrzewanie transformatorów i linii, skracając żywotność sprzętu
• Zakłócenia harmoniczne mogą powodować awarie systemów sterowania, wpływając na ciągłość produkcji
• Harmoniczne powodują przeciążenie przewodu neutralnego, stwarzając zagrożenie bezpieczeństwa

2.3 Rozwiązanie

Zespół techniczny Wenzheng Electric przeprowadził kompleksową ocenę jakości energii systemu dystrybucyjnego zakładu półprzewodnikowego, precyzyjnie przeanalizował charakterystykę harmonicznych każdego głównego źródła harmonicznych i opracował docelową konfigurację AHF:

• Instalacja AHF Wenzheng Electric w głównych szafach rozdzielczych do lokalnej kompensacji
• Zastosowanie trójfazowego połączenia czteroprzewodowego do skutecznego filtrowania harmonicznych sekwencji zerowej, w tym 3. rzędu
• Konfiguracja inteligentnego systemu monitorowania z 7-calowym dotykowym HMI do monitorowania danych jakości energii w czasie rzeczywistym
• Rezerwowe interfejsy rozszerzeń do przyszłego zwiększenia mocy

2.4 Wyniki

Po realizacji projektu harmoniczne w zakładzie półprzewodnikowym zostały kompleksowo stłumione: całkowite zniekształcenie harmoniczne napięcia (THDu) zostało zmniejszone z 8,5% do poniżej 2%, a całkowite zniekształcenie harmoniczne prądu (THDi) z 35% do poniżej 5%, oba wskaźniki znacznie poniżej limitów norm krajowych. System dystrybucji energii działa bezpieczniej i niezawodniej, wskaźnik awarii precyzyjnego sprzętu znacznie się zmniejszył, a wydajność linii produkcyjnej i wydajność produktu wzrosły.

3. Przypadek z przemysłu chemicznego

3.1 Charakterystyka branży

Firma Huizhou Renxin New Materials Co., Ltd. znajduje się w petrochemicznej strefie Daya Bay w mieście Huizhou. Firma specjalizuje się w produkcji surowców do polistyrenu i jest jednym z wiodących producentów polistyrenu ogólnego przeznaczenia w Chinach. Przemysł chemiczny jest typowym przemysłem procesowym o wysokich wymaganiach dotyczących ciągłości produkcji i niezawodności zasilania.

3.2 Problemy harmonicznych i proces wyboru

Jako typowe przedsiębiorstwo przemysłu chemicznego, proces produkcyjny Huizhou Renxin wykorzystuje dużą liczbę obciążeń VFD. Harmoniczne 5., 7., 11. i 13. rzędu generowane przez VFD poważnie wpływają na proces produkcyjny i stwarzają znaczne zagrożenie bezpieczeństwa. Warto zauważyć, że po niezadowalających wynikach z kilkoma markami aktywnych filtrów, które nie zdołały zasadniczo rozwiązać problemów harmonicznych, firma ostatecznie wybrała aktywny filtr harmonicznych AHF firmy Shanghai Wenzheng Electric.

3.3 Cechy techniczne rozwiązania

AHF firmy Wenzheng Electric wykazał następujące zalety techniczne:

• Pełny czas odpowiedzi poniżej 5 ms, zdolność do szybkiego śledzenia zmian obciążenia
• Skuteczność filtrowania przekraczająca 97%, skuteczne filtrowanie harmonicznych od 2. do 50. rzędu
• Funkcje inteligentne, w tym identyfikacja odwrotnego podłączenia CT i automatyczna adaptacja sekwencji faz
• 7-calowy dotykowy HMI do intuicyjnego monitorowania danych pracy
• Obsługa zdalnej komunikacji i scentralizowanego monitorowania
• Modułowa konstrukcja równoległa dla wysokiej niezawodności – awaria jednego modułu nie wpływa na pozostałe

3.4 Wyniki i opinia klienta

Po zainstalowaniu aktywnego filtra harmonicznych AHF firmy Shanghai Wenzheng Electric, zanieczyszczenie harmoniczne zostało skutecznie wyeliminowane. Marka Wenzheng Electric otrzymała wysokie uznanie i zaufanie klienta. W kolejnych projektach rozbudowy i modernizacji firma Renxin wyznaczyła Wenzheng Electric jako jedynego dostawcę aktywnych filtrów harmonicznych AHF, co świadczy o wysokim uznaniu klienta dla jakości produktów i możliwości technicznych Wenzheng Electric.

4. Przegląd zastosowań AHF w innych branżach

4.1 Przypadek z branży nowej energii

Proces produkcyjny zakładu energetyki odnawialnej obejmuje dużą liczbę urządzeń nieliniowych, takich jak falowniki i prostowniki. Firma Shanghai Wenzheng Electric skonfigurowała aktywne filtry harmonicznych AHF i statyczne generatory mocy biernej SVG, aby skutecznie tłumić rezonans harmoniczny, poprawić współczynnik mocy i podnieść jakość energii. Po realizacji projektu współczynnik mocy wzrósł z 0,72 do ponad 0,98, zawartość harmonicznych została zmniejszona do limitów norm krajowych, a roczne oszczędności kosztów energii wyniosły około 150 000 juanów.

4.2 Przypadek z branży uzdatniania wody

W projekcie miejskiej oczyszczalni ścieków, dmuchawy, pompy podnoszące i mieszadła szeroko wykorzystują technologię VFD. Zastosowanie AHF firmy Wenzheng Electric zmniejszyło zawartość harmonicznych z THDi 32% do 4,5%, zapewniając ciągłą i stabilną pracę procesu uzdatniania wody, jednocześnie zmniejszając awaryjność sprzętu i koszty konserwacji. Okres zwrotu inwestycji wyniósł tylko 1,5 roku.

4.3 Wspólna wartość serii AHF dla różnych branż

• Skuteczne filtrowanie harmonicznych od 2. do 50. rzędu, redukcja THDi do poniżej 5%
• Jednoczesna kompensacja mocy biernej, poprawa współczynnika mocy do ponad 0,99
• Szybka odpowiedź (pełny czas odpowiedzi <5 ms), adaptacja do szybkich zmian obciążenia
• Modułowa konstrukcja z elastycznym rozszerzaniem mocy, do 600 A na moduł
• Inteligentny monitoring, wygodna eksploatacja i konserwacja
• Pełna gwarancja na trzy lata i dożywotnie wsparcie techniczne

5. Przewodnik wyboru i wdrażania AHF

5.1 Dobór mocy

Moc AHF powinna być określona na podstawie rzeczywistych poziomów prądów harmonicznych na miejscu. Ogólna procedura:

1. Przeprowadzić pomiary na miejscu za pomocą analizatora jakości energii i określić zawartość każdej harmonicznej
2. Obliczyć wartość skuteczną całkowitego prądu harmonicznego (THDi)
3. Zastosować margines bezpieczeństwa (zwykle 10-20%) w celu określenia znamionowego prądu kompensacyjnego AHF

Firma Shanghai Wenzheng Electric oferuje bezpłatne usługi testowania jakości energii na miejscu: profesjonalni inżynierowie przeprowadzają pomiary z użyciem precyzyjnych instrumentów i przedstawiają propozycje rozwiązań.

5.2 Miejsce instalacji

Miejsce instalacji AHF powinno być określone na podstawie rozmieszczenia źródeł harmonicznych:

1. Zarządzanie scentralizowane: instalacja AHF o dużej mocy w głównej rozdzielnicy, odpowiednia dla rozproszonych źródeł harmonicznych
2. Zarządzanie lokalne: instalacja AHF o małej mocy w pobliżu źródła harmonicznych, odpowiednia dla skoncentrowanych źródeł harmonicznych
3. Zarządzanie hybrydowe: połączenie podejścia scentralizowanego i lokalnego dla równowagi między inwestycją a skutecznością

5.3 Środki ostrożności przy instalacji

1. AHF powinien otrzymywać sygnały prądu obciążenia przez CT; upewnij się co do prawidłowego położenia i polaryzacji CT
2. Zasilanie AHF powinno być pobierane z punktu filtrowania; zwróć uwagę na zgodność sekwencji faz
3. Środowisko pracy AHF powinno być dobrze wentylowane, temperatura otoczenia nie powinna przekraczać 40°C
4. Regularnie sprawdzaj i konserwuj układ chłodzenia AHF, aby zapewnić normalną pracę wentylatorów
5. Regularnie przeglądaj dane operacyjne AHF i niezwłocznie usuwaj wszelkie nieprawidłowości
6. Zaleca się przeprowadzanie kompleksowej kontroli sprzętu co sześć miesięcy

Podsumowanie

Firma Shanghai Wenzheng Electric Co., Ltd. zawsze kieruje się podejściem zorientowanym na klienta i innowacjami napędzanymi technologią, dążąc do dostarczania wysokiej jakości i wydajnych rozwiązań w zakresie zarządzania jakością energii dla klientów z różnych branż. Od momentu wprowadzenia na rynek, aktywny filtr harmonicznych serii AHF został z powodzeniem zastosowany w wielu gałęziach przemysłu, w tym elektronicznym, półprzewodnikowym, chemicznym, nowej energii, uzdatniania wody, stalowym, tekstylnym i opiece zdrowotnej, gromadząc bogate doświadczenie projektowe.

Będziemy nadal kierować się naszym duchem korporacyjnym „Solidność i praktyczność, uczciwość i rzetelność”, stale poprawiając jakość produktów i poziom usług, aby zapewnić każdemu klientowi najlepsze rozwiązania w zakresie zarządzania jakością energii. Aby uzyskać więcej informacji o produktach lub poprosić o bezpłatną usługę testowania jakości energii, prosimy o kontakt z firmą Shanghai Wenzheng Electric Co., Ltd.