Aktywny Filtr Harmoniczny AHF

Wprowadzenie produktu

Zgodnie z wymaganiami normy IEEE 519, całkowity współczynnik zniekształceń harmonicznych (THD) musi być mniejszy niż 5%; należy zastosować AHF do kompensacji harmonicznych od 2. do 50., aby spełnić normę IEEE 519.

AHF wykorzystuje zewnętrzny przekładnik prądowy (Transformer CT) do bieżącego pomiaru prądu sieci lub prądu obciążenia. AHF oparty jest na topologii 3-poziomowej. Kontroler DSP+FPGA wyodrębnia podstawową falę sinusoidalną prądu oraz poszczególne prądy harmoniczne obciążenia za pomocą szybkiej transformaty Fouriera, a następnie uzyskuje dane dotyczące mocy czynnej, biernej i składowej przeciwnej poprzez obrót współrzędnych dq. Następnie przetwornica mocy IGBT generuje prąd kompensacyjny o tej samej amplitudzie co fala harmoniczna, ale o przeciwnej polaryzacji (harmoniczna, bierna, niezrównoważona), który jest wprowadzany do sieci w celu poprawy jakości energii po stronie sieci, eliminując harmoniczne w systemie.

Schemat zasady sterowania AHF

Topologia systemu AHF (architektura trójpoziomowa NPC)

Schemat zasady działania AHF

Lista parametrów technicznych AHF

Dane techniczne i specyfikacje
Napięcie znamionowe (V)	400V	480V	690V
Prąd znamionowy (A)	30A 50A 75A 100A 150A	30A 50A 75A 100A 150A	100A 150A
Częstotliwość robocza	50/60Hz±10%(45~66Hz)
Topologia obwodu	Trójpoziomowa NPC
Tryb kompensacji	Kompensacja harmonicznych, kompensacja mocy biernej, kompensacja niezrównoważenia obciążenia trójfazowego
Zdolność filtracji harmonicznych	Ponad 95% przy obciążeniu znamionowym
Zakres filtracji	Harmoniczne nieparzyste od 2. do 51. (kompensacja selektywna lub pełna)
Pozycja instalacji CT	Strona sieci/obciążenia
Sposób instalacji CT	Otwarta pętla lub zamknięta pętla (otwarta pętla zalecana do pracy równoległej)
System okablowania	Trójfazowy trójprzewodowy / Trójfazowy czteroprzewodowy
Liczba równoległych urządzeń	≤20 (Jeden panel sterowania może kontrolować do 8 jednostek)
Redundancja	Dowolna jednostka AHF może pracować niezależnie
Znamionowa redukcja harmonicznych	≥95% (dla typowych zniekształceń harmonicznych)
Wydajność filtracji	Wydajność filtracji wynosi zazwyczaj THDi ≤ 5% przy obciążeniu znamionowym (nawet w najbardziej wymagających warunkach obciążenia).
Zdolność przeciążeniowa	Może pracować w sposób ciągły przy 110% prądu znamionowego i przez 1 minutę przy 120% prądu znamionowego
Docelowy współczynnik mocy	Regulowany od -1.0 do +1.0
Efekt równoważenia obciążenia 3-fazowego	≤5%, łagodzenie składowej przeciwnej i zerowej
Zdolność filtracji przewodu neutralnego	3 razy znamionowy prąd filtracji (w przypadku urządzenia 4-przewodowego)
Częstotliwość przełączania/sterowania	20kHz
Czas odpowiedzi przy pełnej wydajności	≤5ms
Ograniczenie prądu wyjściowego	Automatycznie ograniczane do 100% wydajności znamionowej na wyjściu
Algorytm sterowania	Inteligentny FFT, algorytm sterowania adaptacyjnego
Kontroler	DSP+FPGA
Ochrona	Ochrona sprzętowa (IGBT ERR), ochrona programowa (OV OC OF OL…)
Interfejs komunikacyjny	RS485 i CAN
Interfejs człowiek-maszyna	Zewnętrzny 7-calowy ekran / Brak ekranu / 1.8-calowy ekran / (opcjonalnie)
Protokoły komunikacyjne	Domyślnie fabrycznie obsługuje protokół komunikacji zdalnej Modbus; interfejs komunikacyjny wykorzystuje magistralę RS485 i CAN oraz obsługuje aplikację mobilną (opcjonalnie).
Hałas	<60db (<45db podczas pracy z niską prędkością)
Sposób instalacji	Moduł wbudowany (szafa), montaż naścienny, wolnostojący
Stopień ochrony	IP20
Sposób chłodzenia	Inteligentne chłodzenie powietrzem z regulacją prędkości, wentylatory PWM
Kolor	RAL7035, RAL9005, kolory na zamówienie
Temperatura otoczenia	-25~55℃
Wilgotność względna	Maksymalnie 95%, bez kondensacji
Wysokość montażu nad poziomem morza	≤3000 przy wydajności znamionowej; odpowiednio zmniejszyć wydajność, jeśli > 3000 (1% redukcji na każde 100m)
Kwalifikacje	Raport z testów
Normy wykonawcze	IEEE 519

Szkodliwość harmonicznych i ich przyczyny (Źródło: Fuji Electric)

Istnieje wiele urządzeń elektrycznych o nieliniowych charakterystykach pracy; nawet gdy napięcie zasilania jest sinusoidalne, prąd pobierany przez urządzenie ma charakter niesinusoidalny. Te nieliniowe urządzenia stosowane w obwodach dystrybucji energii wytwarzają prądy nieliniowe, które z kolei powodują zniekształcenia napięcia. Te nieliniowe prądy i napięcia są powszechnie nazywane prądami i napięciami harmonicznymi. Jeśli te harmoniczne zostaną zignorowane lub niewykryte, mogą prowadzić do rezonansu harmonicznego, co może powodować problemy w działaniu systemu, skutkujące skargami klientów, skróceniem żywotności urządzeń energetycznych oraz obniżeniem wydajności i efektywności. Prądy i napięcia harmoniczne mogą powodować wiele niekorzystnych skutków dla samego systemu elektroenergetycznego i podłączonych obciążeń. Nieprawidłowe działanie urządzeń elektronicznych, awarie kondensatorów, przegrzewanie transformatorów i przewodów neutralnych, nadmierne nagrzewanie się maszyn wirujących to tylko niektóre z tych skutków.

Jak działa AHF? (Źródło: Eaton)

Harmoniczne pochodzą z obciążeń nieliniowych. Aktywne filtry harmoniczne, zwane również jednostkami korekcji harmonicznych, są urządzeniami równoległymi, które działają jak system redukcji szumów i wstrzykują równe i przeciwne częstotliwości w celu łagodzenia harmonicznych. Filtry mogą również dostarczać dodatkowy prąd w celu korekcji współczynnika mocy. W rezultacie, to, co pozostaje ze źródła płynącego z powrotem do sieci, to tylko czysty, nieskazitelny prąd, który jest w fazie.

Na przykład, jeśli jednocześnie uruchomimy cztery 6-impulsowe napędy o zmiennej częstotliwości, otrzymamy widmo harmoniczne składające się z 5., 7., 11. i 13. harmonicznej. Przebieg będzie wykazywał znaczną ilość prądu harmonicznego w całkowitym zniekształceniu harmonicznym. Po włączeniu aktywnego filtra harmonicznego, wstrzyknie on równe i przeciwne harmoniczne, aby zniwelować istniejące. Przebieg będzie teraz czysty i w fazie. Jeśli wrócimy i spojrzymy na widmo harmoniczne, zniekształcenie prądu będzie bardzo niskie.

Dodanie aktywnych filtrów harmonicznych może być dobrym rozwiązaniem harmonicznym dla systemów elektroenergetycznych. Chociaż są droższe niż inne opcje, jeśli masz wiele napędów pracujących przez cały czas i wiele napędów jako zapasowe, filtry harmoniczne byłyby niezawodnym sposobem na wychwycenie wszystkich harmonicznych pochodzących z obciążeń. Należy jednak pamiętać z punktu widzenia projektowania systemu, że napęd powinien mieć dławik DC lub dławik sieciowy AC, aby zminimalizować harmoniczne wychodzące z napędów.

Aktywne filtry harmoniczne są zazwyczaj dostępne w jednostkach o prądzie 50, 75, 100, 200 i 300 amperów, które można łączyć równolegle. Kolejną zaletą stosowania aktywnych filtrów harmonicznych jest to, że nie można ich przeciążyć, ponieważ gdy tylko wygenerują maksymalny prąd harmoniczny i korekcję współczynnika mocy, przestają produkować na tym poziomie – niezależnie od tego, czy jest to 100, czy 120 amperów, w zależności od przypadku.

Stosowanie aktywnych filtrów harmonicznych w systemie elektroenergetycznym zapewnia rozwiązanie na poziomie systemu dla wewnętrznej i zewnętrznej ochrony przed harmonicznymi.

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

Wprowadzenie produktu

Zgodnie z wymaganiami normy IEEE 519, całkowity współczynnik zniekształceń harmonicznych (THD) musi być mniejszy niż 5%; należy zastosować AHF do kompensacji harmonicznych od 2. do 50., aby spełnić normę IEEE 519.

AHF wykorzystuje zewnętrzny przekładnik prądowy (Transformer CT) do bieżącego pomiaru prądu sieci lub prądu obciążenia. AHF oparty jest na topologii 3-poziomowej. Kontroler DSP+FPGA wyodrębnia podstawową falę sinusoidalną prądu oraz poszczególne prądy harmoniczne obciążenia za pomocą szybkiej transformaty Fouriera, a następnie uzyskuje dane dotyczące mocy czynnej, biernej i składowej przeciwnej poprzez obrót współrzędnych dq. Następnie przetwornica mocy IGBT generuje prąd kompensacyjny o tej samej amplitudzie co fala harmoniczna, ale o przeciwnej polaryzacji (harmoniczna, bierna, niezrównoważona), który jest wprowadzany do sieci w celu poprawy jakości energii po stronie sieci, eliminując harmoniczne w systemie.

Schemat zasady sterowania AHF

Topologia systemu AHF (architektura trójpoziomowa NPC)

Schemat zasady działania AHF

Lista parametrów technicznych AHF

Dane techniczne i specyfikacje
Napięcie znamionowe (V)	400V	480V	690V
Prąd znamionowy (A)	30A 50A 75A 100A 150A	30A 50A 75A 100A 150A	100A 150A
Częstotliwość robocza	50/60Hz±10%(45~66Hz)
Topologia obwodu	Trójpoziomowa NPC
Tryb kompensacji	Kompensacja harmonicznych, kompensacja mocy biernej, kompensacja niezrównoważenia obciążenia trójfazowego
Zdolność filtracji harmonicznych	Ponad 95% przy obciążeniu znamionowym
Zakres filtracji	Harmoniczne nieparzyste od 2. do 51. (kompensacja selektywna lub pełna)
Pozycja instalacji CT	Strona sieci/obciążenia
Sposób instalacji CT	Otwarta pętla lub zamknięta pętla (otwarta pętla zalecana do pracy równoległej)
System okablowania	Trójfazowy trójprzewodowy / Trójfazowy czteroprzewodowy
Liczba równoległych urządzeń	≤20 (Jeden panel sterowania może kontrolować do 8 jednostek)
Redundancja	Dowolna jednostka AHF może pracować niezależnie
Znamionowa redukcja harmonicznych	≥95% (dla typowych zniekształceń harmonicznych)
Wydajność filtracji	Wydajność filtracji wynosi zazwyczaj THDi ≤ 5% przy obciążeniu znamionowym (nawet w najbardziej wymagających warunkach obciążenia).
Zdolność przeciążeniowa	Może pracować w sposób ciągły przy 110% prądu znamionowego i przez 1 minutę przy 120% prądu znamionowego
Docelowy współczynnik mocy	Regulowany od -1.0 do +1.0
Efekt równoważenia obciążenia 3-fazowego	≤5%, łagodzenie składowej przeciwnej i zerowej
Zdolność filtracji przewodu neutralnego	3 razy znamionowy prąd filtracji (w przypadku urządzenia 4-przewodowego)
Częstotliwość przełączania/sterowania	20kHz
Czas odpowiedzi przy pełnej wydajności	≤5ms
Ograniczenie prądu wyjściowego	Automatycznie ograniczane do 100% wydajności znamionowej na wyjściu
Algorytm sterowania	Inteligentny FFT, algorytm sterowania adaptacyjnego
Kontroler	DSP+FPGA
Ochrona	Ochrona sprzętowa (IGBT ERR), ochrona programowa (OV OC OF OL…)
Interfejs komunikacyjny	RS485 i CAN
Interfejs człowiek-maszyna	Zewnętrzny 7-calowy ekran / Brak ekranu / 1.8-calowy ekran / (opcjonalnie)
Protokoły komunikacyjne	Domyślnie fabrycznie obsługuje protokół komunikacji zdalnej Modbus; interfejs komunikacyjny wykorzystuje magistralę RS485 i CAN oraz obsługuje aplikację mobilną (opcjonalnie).
Hałas	<60db (<45db podczas pracy z niską prędkością)
Sposób instalacji	Moduł wbudowany (szafa), montaż naścienny, wolnostojący
Stopień ochrony	IP20
Sposób chłodzenia	Inteligentne chłodzenie powietrzem z regulacją prędkości, wentylatory PWM
Kolor	RAL7035, RAL9005, kolory na zamówienie
Temperatura otoczenia	-25~55℃
Wilgotność względna	Maksymalnie 95%, bez kondensacji
Wysokość montażu nad poziomem morza	≤3000 przy wydajności znamionowej; odpowiednio zmniejszyć wydajność, jeśli > 3000 (1% redukcji na każde 100m)
Kwalifikacje	Raport z testów
Normy wykonawcze	IEEE 519

Szkodliwość harmonicznych i ich przyczyny (Źródło: Fuji Electric)

Istnieje wiele urządzeń elektrycznych o nieliniowych charakterystykach pracy; nawet gdy napięcie zasilania jest sinusoidalne, prąd pobierany przez urządzenie ma charakter niesinusoidalny. Te nieliniowe urządzenia stosowane w obwodach dystrybucji energii wytwarzają prądy nieliniowe, które z kolei powodują zniekształcenia napięcia. Te nieliniowe prądy i napięcia są powszechnie nazywane prądami i napięciami harmonicznymi. Jeśli te harmoniczne zostaną zignorowane lub niewykryte, mogą prowadzić do rezonansu harmonicznego, co może powodować problemy w działaniu systemu, skutkujące skargami klientów, skróceniem żywotności urządzeń energetycznych oraz obniżeniem wydajności i efektywności. Prądy i napięcia harmoniczne mogą powodować wiele niekorzystnych skutków dla samego systemu elektroenergetycznego i podłączonych obciążeń. Nieprawidłowe działanie urządzeń elektronicznych, awarie kondensatorów, przegrzewanie transformatorów i przewodów neutralnych, nadmierne nagrzewanie się maszyn wirujących to tylko niektóre z tych skutków.

Jak działa AHF? (Źródło: Eaton)

Harmoniczne pochodzą z obciążeń nieliniowych. Aktywne filtry harmoniczne, zwane również jednostkami korekcji harmonicznych, są urządzeniami równoległymi, które działają jak system redukcji szumów i wstrzykują równe i przeciwne częstotliwości w celu łagodzenia harmonicznych. Filtry mogą również dostarczać dodatkowy prąd w celu korekcji współczynnika mocy. W rezultacie, to, co pozostaje ze źródła płynącego z powrotem do sieci, to tylko czysty, nieskazitelny prąd, który jest w fazie.

Na przykład, jeśli jednocześnie uruchomimy cztery 6-impulsowe napędy o zmiennej częstotliwości, otrzymamy widmo harmoniczne składające się z 5., 7., 11. i 13. harmonicznej. Przebieg będzie wykazywał znaczną ilość prądu harmonicznego w całkowitym zniekształceniu harmonicznym. Po włączeniu aktywnego filtra harmonicznego, wstrzyknie on równe i przeciwne harmoniczne, aby zniwelować istniejące. Przebieg będzie teraz czysty i w fazie. Jeśli wrócimy i spojrzymy na widmo harmoniczne, zniekształcenie prądu będzie bardzo niskie.

Dodanie aktywnych filtrów harmonicznych może być dobrym rozwiązaniem harmonicznym dla systemów elektroenergetycznych. Chociaż są droższe niż inne opcje, jeśli masz wiele napędów pracujących przez cały czas i wiele napędów jako zapasowe, filtry harmoniczne byłyby niezawodnym sposobem na wychwycenie wszystkich harmonicznych pochodzących z obciążeń. Należy jednak pamiętać z punktu widzenia projektowania systemu, że napęd powinien mieć dławik DC lub dławik sieciowy AC, aby zminimalizować harmoniczne wychodzące z napędów.

Aktywne filtry harmoniczne są zazwyczaj dostępne w jednostkach o prądzie 50, 75, 100, 200 i 300 amperów, które można łączyć równolegle. Kolejną zaletą stosowania aktywnych filtrów harmonicznych jest to, że nie można ich przeciążyć, ponieważ gdy tylko wygenerują maksymalny prąd harmoniczny i korekcję współczynnika mocy, przestają produkować na tym poziomie – niezależnie od tego, czy jest to 100, czy 120 amperów, w zależności od przypadku.

Stosowanie aktywnych filtrów harmonicznych w systemie elektroenergetycznym zapewnia rozwiązanie na poziomie systemu dla wewnętrznej i zewnętrznej ochrony przed harmonicznymi.