Использование нелинейных нагрузок, которые включают в себя электронное силовое оборудование, а именно устройства частотного регулирования электрического привода и вентильные преобразователи, электродвигатели и насыщенные трансформаторы, сварочное оборудование и мощные электрические печи, все это привело к разработке и внедрению специальных систем уточнения формы кривых тока и напряжения. Перспективный метод решения данной задачи — это использование активных фильтров.
Различают параллельную последовательную, и смешанную топологии подключения фильтров, но принципиально принято делить их на два типа: параллельный активный фильтр и последовательный активный фильтр.
Параллельный фильтр
Параметры параллельных активных фильтров следует подбирать только для величин гармонических токов от нелинейной нагрузки. В качестве преимущества можно рассматривать принцип регулировки с коррекцией тока и улучшение напряжения питания других потребителей. В этих сетях причинами возмущений являются токи, которые потребляются нагрузкой (THD(I) %>>THD(U)%). Процент гармонических искажений (суммарных) по току обычно выше, чем по напряжению. Выходит, что в данном случае следует исправлять причину. В случае с последовательным фильтром, в этой ситуации подходит задача снижения воздействия от внешних источников возмущений в сети по напряжению. Данное утверждение можно подвергнуть оспариванию, но ценовой фактор приводит именно к таким действиям.
Последовательный фильтр
Последовательный активный фильтр фактически является генератором напряжения с функцией управления и служит эффективным инструментом для компенсации гармонических составляющих, фликера, провалов и несимметрии в напряжении сети. Но такой фильтр имеет определенные недостатки. Поскольку последовательный активный фильтр рассчитан на полный ток нагрузки, он более мощный и, разумеется, более дорогой. Кроме того, активный последовательный фильтр не может исправлять токи нагрузки, которые подключены непосредственно за ним, влияя на них только с помощью изменения напряжения. Серьезное преимущество – это исправление искаженного напряжения независимо от природы появления искажений.
В построении фильтров общим является регулирование по отклонению от величины, которая была задана. Оба фильтра включают в себя особые датчики, которые производят измерение сигналов, а также блоки для формирования сигналов по напряжению, соответственно типу фильтра и, как следствие, должны быть более быстродейственными (0,02-0,5 мс) и обладать большим временем отклика 0,2-2 мс для сетей 50-60 Гц. Исходя из этого, в качестве управляющего элемента используют IGBT-транзисторы. Применяется также принцип регулирование широтноимпульсной модуляцией сигнала (ШИМ-регулирование).
В условиях наследия отечественной энергетической системы, учитывая статистику происходящих сбоев на генерирующих мощностях, представляется гораздо более важной задача воздействия нелинейных потребителей на распределительную сеть.
Если в сети существуют гармоники тока, то в связи с наличием нелинейных нагрузок, удобным и универсальным способом улучшения качества электрического питания является инсталляция параллельных фильтров. Рассмотрим такой фильтр на примере серии APF, которые производит испанское предприятие CIRCUTOR.
Фильтры APF выполняют функции обеспечения компенсации асимметрии, гармоник, и фазового сдвига тока. APF следует подключать параллельно линии от которой поступает питание. В этом случае фильтр будет компенсировать отставание по фазе, асимметрию и пульсации, вызванные работой нагрузки нелинейного типа, подключенной по направлению тока. Указанный принцип компенсации гармоник образован на инжектировании пульсирующего тока в противофазе, уничтожающем гармоники, которые генерируются нагрузкой.
Типы фильтров AF-APF
Различают несколько типов параллельных фильтров в зависимости от конфигурации: однофазные (AF 2), которые применяются для устранения гармоник; трехфазные 3-проводные (AF3-W), которые предназначены для исправления гармоник трехфазной системы без проводника нейтрального типа, включая помехи от источников бесперебойного питания (ИБП); трехфазные 4-проводные параллельные многофункциональные: фильтры APF-4W (Circutor) принадлежат к универсальному типу.
Активные фильтры дают возможность решить сразу четыре задачи: симметрирование напряжений сети (Network balansing); связанное с ним уменьшением до 0 тока нейтрали;
подавление токовых гармоник; PF-коррекция.
Приоритет данных функций является программируемым. Конструкция включает инвертор с 4 выводами, который действует по типу генерации противофазного встречного тока «зеркальной» конфигурации к искажениям в токе нагрузки. Особенность конструкции APF — это блочный тип построения мощностей, что дает возможность легко добавлять необходимую установленную мощность. Главным преимуществом 4-проводных активных фильтров является вероятность компенсации всех гармоник, в которые включены токи нулевой последовательности, а при несимметричных нагрузках, активные фильтры способны регулировать токи между фазами для обеспечения минимизации нейтрального тока.
APF-фильтры функционируют как источники тока, и их производительность ограничена своим номинальным током. Этот ограничивающий ток носит обозначение Ilimit и применяется для ликвидации асимметрии, гармоник, и запаздывания фаз.
В обычных условиях работы, если ток не достигает Ilimit, APF-фильтр будет выполнять компенсирование всех реактивных составляющих: асимметрию, гармоники и запаздывание фаз. В случае, если нагрузке нужна компенсация с номинальными показателями тока выше Ilimit, то компенсация запаздывания фаз может автоматически отключаться, а номинальный ток будет направлен на запаздывания фаз и компенсирование гармоник. Если нагрузке нужен компенсирующий ток со значением выше Ilimit, то компенсирование гармоник или асимметрии будет отключено автоматически и мощность активного фильтра будет направлена на исполнение функции с высшим приоритетом.
Если же активирована функция компенсирования гармоник (только эта функция), а нагрузке нужен ток со значением выше Ilimit, то компенсирование гармоник будет частичным. При пуске функции set-up можно осуществить программную установку приоритетов между компенсированием асимметрии, гармоник, или запаздывания фаз. Также, возможен выбор приоритета для осуществления компенсирования любой из гармонических составляющих. Выполнив необходимую настройку, фильтр не перезагрузится, а только недовыполнит в процентном соотношении компенсацию возмущений, даже если мощность фильтра была неверно подобрана.
Активные фильтры разработаны для устранения асимметрии, гармоник и запаздывания фаз в распределительных системах низковольтного типа (до 1000 В) с однофазными или междуфазными нагрузками, генерирующие эти реактивные составляющие.
Ток нейтрали активного фильтра в 1,5 раза выше фазного тока, что говорит о сбалансированной системе фильтра, который может скомпенсировать до 40 % третьей гармоники без достижения Ilimit тока на нейтрали. Остаточный ток для высших гармоник остается на нейтрали.
Активный фильтр может быть установлен наряду с другими фильтрами или с конденсаторными установками, но при условии присутствия режекционных фильтров.
С установленным в шкаф качественным анализатором и количеством электрической энергии CVMk2, активный фильтр представляет собой мониторинговую систему и регулирования качества электроэнергии.
Метки: активные фильтры, электричество, энергоснабжение
