Что такое активный фильтр мощности (APF)? Принцип работы, типы, области применения и руководство по выбору

Активные фильтры мощности (APF) широко используются в промышленных системах электроснабжения для снижения гармонических искажений, улучшения качества электроэнергии и поддержания стабильной работы оборудования. Поскольку современные заводы всё чаще используют преобразователи частоты, выпрямители, системы ИБП и другие нелинейные нагрузки, проблемы гармоник стали серьёзной задачей для инженеров-электриков и руководителей объектов.

Что такое активный фильтр мощности и как он может улучшить качество электроэнергии в промышленных применениях? В этой статье объясняется технология активного фильтра мощности, его принцип работы, распространённые типы, области применения и ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе системы APF.

1. Что такое активный фильтр мощности (APF)?

Активный фильтр мощности (APF) — это силовое электронное устройство, предназначенное для обнаружения и компенсации гармонических токов или напряжений в электрической системе. В большинстве промышленных применений используется параллельный активный фильтр мощности для снижения гармоник тока, создаваемых нелинейными нагрузками.

Если вы ищете что такое активный фильтр мощности, что такое активный фильтр мощности или что такое активный фильтр гармоник, эти термины обычно относятся к оборудованию, которое активно компенсирует нежелательные гармонические составляющие в электрических системах.

В отличие от обычных пассивных фильтров, в которых используются фиксированные комбинации конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, активный фильтр гармоник использует силовую электронику и алгоритмы управления в реальном времени для генерации токов компенсации в соответствии с обнаруженными гармониками.

APF может помочь:

• Снизить гармонические искажения в электрических сетях.
• Улучшить качество текущей формы сигнала.
• Снизить риск перегрева трансформаторов, кабелей и другого электрооборудования, вызванного чрезмерными гармоническими токами.
• Обеспечивает более надежную работу чувствительного электрического оборудования.
• Повысить общее качество электроэнергии на промышленных предприятиях.

Фактическая производительность зависит от номинала APF, конфигурации системы, гармонического спектра и условий установки.

2. Как работает активный фильтр гармоник?

Чтобы понять, что делает активный фильтр гармоник, важно понять, как возникают гармоники.

Нелинейные нагрузки потребляют из источника питания несинусоидальный ток. Типичные примеры включают частотно-регулируемые приводы (ЧРП), промышленные выпрямители, системы бесперебойного питания (ИБП), сварочные аппараты и импульсные источники питания.

Эти искажённые токи могут вызывать искажение напряжения, дополнительные электрические потери, перегрев оборудования и помехи для чувствительных устройств.

Активный фильтр гармоник обычно работает в три этапа:

Этап 1: Обнаружение гармоник

Датчики тока контролируют электрическую систему и собирают информацию о токе нагрузки. Система управления определяет гармонические составляющие, которые необходимо компенсировать.

Этап 2: Генерация компенсационного тока

Контроллер активного фильтра гармоник рассчитывает требуемый компенсационный ток. Затем его преобразователь мощности формирует кривую тока, предназначенную для противодействия целевым гармоническим составляющим.

Этап 3: Компенсация гармонического тока

Активный фильтр гармоник инжектирует компенсационный ток в электрическую сеть. Это уменьшает гармонический ток, подаваемый вышестоящим источником питания, и улучшает общую форму кривой тока.

Результатом является более чистая форма кривой тока и улучшенное качество электроэнергии при условии, что фильтр правильно подобран по мощности и настроен для конкретного применения.

3. Что такое параллельный активный фильтр мощности?

Параллельный активный фильтр мощности является наиболее распространённым типом активного фильтра гармоник, используемым для промышленной компенсации гармоник.

Он подключается параллельно нелинейной нагрузке или в подходящей точке системы распределения. Фильтр обнаруживает токи гармоник и вводит компенсирующие токи, чтобы уменьшить гармоники, протекающие через вышестоящую питающую сеть.

Преимущества параллельного активного фильтра мощности

• Эффективная компенсация нескольких порядков гармоник в пределах его рабочей мощности.
• Динамический отклик на изменяющиеся условия нагрузки.
• Подходит для промышленных систем с колеблющимися токами гармоник.
• Возможность обеспечения компенсации реактивной мощности в зависимости от стратегии управления и доступной мощности.
• Гибкая интеграция в существующие низковольтные системы распределения.

Для заводов с несколькими частотно-регулируемыми приводами, выпрямителями и другими нелинейными нагрузками параллельный активный фильтр мощности может быть установлен вблизи основного источника гармоник или в общей точке распределения.

Наилучшее место установки зависит от схемы размещения нагрузок, требуемого уровня компенсации, схемы прокладки кабелей и желаемых результатов по качеству электроэнергии.

4. Что такое последовательный активный фильтр мощности?

Последовательный активный фильтр мощности подключается последовательно в цепь электропитания и в первую очередь предназначен для компенсации проблем качества электроэнергии, связанных с напряжением.

В зависимости от конструкции последовательный активный фильтр может способствовать снижению гармоник напряжения, возмущений напряжения и некоторых проблем качества электроэнергии со стороны питающей сети.

Основное различие между параллельными и последовательными активными фильтрами мощности заключается в объекте компенсации:

• Параллельный активный фильтр мощности: В первую очередь компенсирует гармоники тока нагрузки.
• Последовательный активный фильтр мощности: В первую очередь компенсирует возмущения напряжения питающей сети и гармоники напряжения.

Для многих промышленных объектов, испытывающих токовые гармоники от нелинейных нагрузок, шунтирующий активный фильтр (APF) является более распространённым выбором. Последовательный фильтр или комбинированная последовательно-параллельная конфигурация могут рассматриваться, когда качество напряжения также является серьёзной проблемой.

5. Каково назначение активного фильтра гармоник?

Если вы задаётесь вопросом каково назначение активного фильтра гармоник технологии, его основная цель — снизить гармонические искажения и помочь электрическим системам работать более надёжно.

Типичные области применения включают:

Производственные предприятия

Заводы, использующие станки с ЧПУ, двигатели с частотным регулированием, автоматизированные производственные линии и промышленные выпрямители, могут испытывать значительные гармонические токи. APF помогают снизить эти гармоники и поддерживать стабильную работу.

Центры обработки данных

Системы ИБП и другие силовые электронные нагрузки могут генерировать гармонические токи. APF может помочь улучшить качество тока при правильной интеграции в электрическую схему объекта.

Коммерческие здания

Крупные здания с лифтами, системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, светодиодным освещением и электронным оборудованием могут получить пользу от подавления гармоник, если измерения указывают на проблему качества электроэнергии.

Системы возобновляемой энергетики

Солнечные энергоустановки и другие системы на основе инверторов могут требовать анализа и подавления гармоник в зависимости от характеристик инвертора и требований к подключению к сети.

Промышленные системы распределения электроэнергии

Активные фильтры гармоник могут применяться в распределительных щитах, центрах управления электродвигателями и других подходящих местах для решения проблем гармоник, выявленных с помощью измерений качества электроэнергии.

6. Активный фильтр гармоник и коррекция коэффициента мощности

Взаимосвязь между активным фильтром гармоник и коррекцией коэффициента мощности является важным аспектом управления качеством электроэнергии в промышленности.

Гармонические искажения и низкий коэффициент мощности — связанные, но разные проблемы.

Коэффициент мощности смещения связан с разностью фаз между напряжением и током основной частоты. Гармонические искажения также могут снижать общий истинный коэффициент мощности, увеличивая среднеквадратичный ток без пропорционального вклада в полезную активную мощность.

Активный фильтр гармоник может компенсировать гармонические токи и, когда это обеспечивается его функциями управления, выполнять компенсацию реактивного тока для повышения коэффициента мощности.

Однако, Активный фильтр (АФ) не является автоматически полной заменой специализированной конденсаторной батареи или системы статического генератора реактивной мощности. Подходящее решение зависит от характеристик нагрузки, потребности в реактивной мощности, уровней гармоник и требований к управлению.

Практическое сравнение показано ниже:

При оценке требований к коррекции коэффициента мощности с помощью активного фильтра гармоник инженерам следует учитывать общий профиль нагрузки и определять, что более целесообразно: только активный фильтр гармоник или комбинированное решение на основе активного фильтра гармоник и статического генератора реактивной мощности.

7. Активный фильтр гармоник и оптимизатор мощности: в чём разница?

Активный фильтр гармоник и оптимизатор мощности выполняют разные функции.

Активный фильтр гармоник ориентирован на качество электроэнергии, компенсируя токи гармоник и, в некоторых конструкциях, реактивный ток.

Оптимизатор мощности — более широкий термин, который может относиться к оборудованию или системам, предназначенным для оптимизации энергопотребления, электрических характеристик или преобразования энергии, в зависимости от категории продукта.

Следовательно, активный фильтр гармоник и оптимизатор мощности не следует рассматривать как взаимозаменяемые термины. Перед выбором оборудования пользователям следует определить конкретную электрическую проблему, которую необходимо решить.

Например, если на заводе наблюдается высокий коэффициент гармонических искажений тока, вызванный нелинейными нагрузками, АФГ может быть подходящим решением. Если цель — повысить сбор энергии солнечных модулей или оптимизировать энергопотребление, может потребоваться другой тип оптимизатора мощности.

8. Теория мощности активного фильтра гармоник и компенсационная способность

Теория мощности активного фильтра гармоник основана на обнаружении нежелательных составляющих тока и использовании управляемого преобразователя мощности для инжекции компенсирующих токов.

В типичном параллельном АФГ система управления измеряет ток нагрузки и отделяет гармонические составляющие от требуемого тока основной частоты. Затем преобразователь генерирует компенсационный ток, который противодействует целевым гармоникам.

Компенсационная способность зависит от нескольких факторов:

• Номинальный компенсационный ток, обычно выражаемый в амперах.
• Гармонический спектр и величина нагрузки.
• Изменение нагрузки и переходные режимы работы.
• Точка установки и полное сопротивление электрической системы.
• Требуемое снижение гармоник и применимые нормы качества электроэнергии.
• Требуется ли также компенсация реактивной мощности.

Номинальный ток активного фильтра гармоник (APF) следует выбирать на основе фактических измерений тока гармоник и инженерных расчётов, а не только по полной мощности трансформатора.

Если нелинейная нагрузка существенно изменяется в течение суток, инженерам следует оценить пиковую потребность в подавлении гармоник и предусмотреть соответствующий проектный запас.

9. Как выбрать активный фильтр гармоник для промышленных применений

Чтобы выбрать правильный APF, необходимо понимать электрическую систему и конкретную проблему качества электроэнергии.

1. Измерение искажения гармоник

Проведите обследование качества электроэнергии для определения THDi тока, THDv напряжения, порядков гармоник и изменения нагрузки. Результаты измерений помогают установить требуемые характеристики компенсации.

2. Определите требуемый ток компенсации

Оцените ток гармоник, который необходимо компенсировать, и выберите АФГ с подходящим номинальным током. Учтите будущее расширение нагрузки и одновременную работу нескольких нелинейных нагрузок.

3. Подтвердите напряжение и частоту системы

Проверьте номинальное напряжение, трёхфазную конфигурацию, частоту, схему заземления и совместимость с существующей распределительной системой.

4. Выберите место установки

АФГ может быть установлен рядом с отдельной нелинейной нагрузкой либо на общей шине или распределительном щите. Локальная установка позволяет решить проблемы конкретного оборудования, тогда как централизованная установка может компенсировать суммарные токи гармоник.

5. Оцените функции управления и мониторинга

Проверьте доступный диапазон компенсации гармоник, характеристики отклика, интерфейсы связи, функции отображения и совместимость с системой мониторинга предприятия.

6. Учтите условия окружающей среды и монтажа

Проверьте температуру окружающей среды, вентиляцию, защиту корпуса, монтажное пространство и требования к техническому обслуживанию. Эти факторы особенно важны в сложных промышленных условиях.

7. Проверьте соответствие требованиям и техническую документацию

Подтвердите применимые стандарты, документацию по испытаниям, функции защиты и конкретные технические требования проекта перед размещением заказа.

Для проектов, требующих активных фильтров гармоник, статических компенсаторов реактивной мощности или другого оборудования для обеспечения качества электроэнергии, подробная техническая оценка помогает убедиться, что предлагаемая система соответствует фактическим условиям эксплуатации.

10. Что такое активный фильтр гармоник? Часто задаваемые вопросы

Что такое активный фильтр гармоник согласно Википедии?

Читатели, ищущие что такое активный фильтр гармоник Википедия обычно ищут базовое техническое определение. Активный фильтр гармоник — это устройство силовой электроники, которое компенсирует нежелательные гармонические составляющие в электрической системе. В отличие от фиксированного пассивного фильтра, он может регулировать свою компенсацию в соответствии с измеренными условиями эксплуатации.

Что делает активный фильтр гармоник?

Он обнаруживает гармонические составляющие и генерирует компенсирующие токи или напряжения в зависимости от топологии. Шунтовые активные фильтры гармоник в основном используются для снижения гармоник тока, вызванных нелинейными нагрузками.

Что понимается под параллельным активным фильтром мощности?

Параллельный активный фильтр мощности подключается параллельно нагрузке или распределительной шине и вводит компенсирующий ток для уменьшения гармонических токов в системе электроснабжения.

В чём разница между параллельным активным фильтром мощности и последовательным активным фильтром мощности?

Параллельный фильтр в первую очередь предназначен для устранения гармоник тока, тогда как последовательный фильтр в первую очередь предназначен для устранения возмущений, связанных с напряжением, и гармоник. Подходящий тип зависит от проблемы качества электроэнергии.

Может ли активный фильтр гармоник улучшить коэффициент мощности?

Да, АФМ с подходящей функцией компенсации реактивного тока может улучшить коэффициент мощности. Фактическое улучшение зависит от доступной мощности АФМ и потребности объекта в реактивной мощности.

Является ли активный фильтр мощности «Аблерекс» единственным вариантом?

Нет. Активный фильтр мощности «Аблерекс» — это лишь один из брендовых вариантов на рынке. Покупатели также могут оценивать других производителей по номинальному току, эффективности компенсации гармоник, совместимости с системой, технической документации, сервисной поддержке и общей стоимости проекта. Лучший выбор зависит от применения, а не только от названия бренда.

Доступен ли отчёт по проекту трёхфазного параллельного активного фильтра мощности?

Отчёт по проекту трёхфазного параллельного активного фильтра мощности обычно охватывает топологию схемы, алгоритм обнаружения гармоник, стратегию управления, результаты моделирования или экспериментов и эффективность компенсации гармоник. Для промышленного проекта отчёт о результатах измерения качества электроэнергии и техническое предложение для конкретного оборудования обычно более полезны для выбора фактической мощности АФМ.

Заключение: выберите правильный APF для лучшего качества электроэнергии

Активный фильтр мощности является эффективным решением для снижения токов гармоник в промышленных электрических системах. Обнаруживая и компенсируя нежелательные гармонические составляющие, технология APF помогает снизить связанные с гармониками электрические потери, улучшить качество формы тока и обеспечить надежную работу промышленного оборудования.

Понимание разницы между параллельными и последовательными активными фильтрами мощности, взаимосвязи между активными фильтрами гармоник и коррекцией коэффициента мощности, а также ключевых факторов выбора имеет важное значение для разработки подходящего решения по качеству электроэнергии.

Shandong Dongguan Electric Co., Ltd. предлагает решения по качеству электроэнергии, включая активные фильтры мощности (APF) и статические генераторы реактивной мощности (SVG), для промышленных и коммерческих применений.

Если на вашем предприятии наблюдаются гармонические искажения, низкий коэффициент мощности или нестабильные электрические характеристики, свяжитесь с нашей командой, чтобы обсудить требования вашего проекта. Мы можем помочь оценить ваше применение и рекомендовать подходящее решение по качеству электроэнергии на основе параметров вашей системы.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши требования к APF, AHF и SVG.

Shandong Dongguan Electric Co., Ltd. — ПОСТАВЩИК РЕШЕНИЙ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.