Einführung
In modernen elektrischen Systemen, Die zunehmende Verwendung nichtlinearer Lasten-wie variable Frequenzantriebe (VFDs), Stromversorgungsversorgung, und Wechselrichter für erneuerbare Energien – hat zu einer Zunahme harmonischer Verzerrungen geführt. Diese Oberschwingungen können die Stromqualität beeinträchtigen, zu Fehlfunktionen der Anlage führen, und die Energieverluste erhöhen. Harmonische Filter sind wesentliche Komponenten, die diese Verzerrungen abmildern sollen, Gewährleistung eines effizienten und zuverlässigen Stromnetzbetriebs.
- Oberschwingungen in elektrischen Systemen verstehen
1.1 Definition von Harmonischen
Oberschwingungen sind Spannungs- oder Stromwellenformen mit Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz des Stromnetzes sind (Typischerweise 50 Hz bzw 60 Hz). Sie werden durch nichtlineare Lasten erzeugt, die den Strom in abrupten Impulsen und nicht in sanften Sinuswellen ziehen.
1.2 Quellen der Harmonischen
Häufige Quellen für Oberschwingungen sind::
Leistungselektronische Geräte (Z.B., Gleichrichter, Wechselrichter, VFDs)
Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (UPS)
LED- und Leuchtstoffbeleuchtungssysteme
Lichtbogenöfen und Schweißmaschinen
Erneuerbare Energiesysteme (Solar-/Windwechselrichter)
Die Hauptordnung der harmonischen Verzerrung ist 5/7 Harmonische Stromverzerrung, und die aktuelle Wellenform weist eine typische doppelköpfige Wellenform auf. Vor der Gerätebehandlung, die erreichte Gesamtverzerrungsrate des Systems 35.8%. Nach der Gerätebehandlung, Die Gesamtverzerrungsrate des Systems fiel auf ca 5%, Die Wellenform normalisierte sich wieder, und gleichzeitig, jede Harmonische nahm deutlich ab.1.3 Auswirkungen von Harmonischen
Harmonische Verzerrungen können dazu führen:
Überhitzung von Transformatoren und Motoren, ihre Lebensdauer verkürzen
Ausfälle von Kondensatorbänken aufgrund von Resonanzbedingungen
Erhöhte Leistungsverluste in Verteilungssystemen
Eingriffe in Kommunikationssysteme
Fehlfunktion empfindlicher elektronischer Geräte
Um diese Probleme zu mildern, Oberwellenfilter werden eingesetzt.
2. Zweck harmonischer Filter
Der Hauptzweck von Oberschwingungsfiltern besteht darin, harmonische Verzerrungen in elektrischen Netzen zu reduzieren, indem sie Oberschwingungsströme entweder blockieren oder absorbieren. Zu den Hauptzielen gehören::
Verbesserung der Stromqualität durch Aufrechterhaltung nahezu sinusförmiger Spannungs- und Stromwellenformen.
Verhinderung von Geräteschäden durch übermäßige Oberwellenerwärmung.
Steigerung der Systemeffizienz durch Reduzierung von Verlusten.
Einhaltung der Stromqualitätsstandards (Z.B., IEEE 519, IEC 61000-3-6).
3.2 Aktive harmonische Filter (Ahf)
Aktive Filter nutzen Leistungselektronik (IGBTs, DSP-Controller) um gegenharmonische Ströme einzuspeisen, die Verzerrungen aufheben. Sie passen sich dynamisch an wechselnde harmonische Belastungen an.
Vorteile:
Hocheffektiv für ein breites Spektrum an Obertönen.
Adaptive Kompensation in Echtzeit.
Keine Resonanzprobleme.
Nachteile:
Höhere Anschaffungskosten.
Erfordert eine Stromversorgung und komplexe Steuerschaltungen.
4. Funktionsprinzip harmonischer Filter
4.1 Passiver Filterbetrieb
Ein passiver Filter soll einen Pfad mit niedriger Impedanz für bestimmte Oberwellen bereitstellen. Zum Beispiel, Ein 5. Harmonischer Filter verwendet einen darauf abgestimmten LC-Schaltkreis 250 Hz (für 50 Hz-Systeme). Harmonische dieser Frequenz werden überbrückt, verhindern, dass sie ins Netz gelangen.
4.2 Aktiver Filterbetrieb
Ein aktiver Oberschwingungsfilter überwacht kontinuierlich den Laststrom mittels Sensoren. Ein digitaler Signalprozessor (DSP) analysiert Oberschwingungen und erzeugt Gegenströme, die wieder in das System eingespeist werden, um Verzerrungen zu beseitigen.
Die Oberschwingungsquelle erzeugt Oberschwingungsströme unterschiedlicher Ordnung. Nachdem der APF den Oberschwingungsstrom misst, Es steuert den Ausgang des IGBT-Schalters so, dass er seiner Richtung entgegengesetzt ist, und der harmonische Strom gleicher Größe wird ausgeglichen. Nachdem der Strom durch den APF-Zugangspunkt fließt, es kann wieder rein gemacht werden
5. Anwendungen harmonischer Filter
Oberschwingungsfilter werden häufig in Branchen mit hoher Oberschwingungsbelastung eingesetzt, einschließlich:
Industrieanlagen (mit VFDs und großen Motorantrieben)
Rechenzentren (sensible IT-Geräte)
Erneuerbare Energiesysteme (Solar-/Windparks)
Krankenhäuser und Labore (kritische Anforderungen an die Stromqualität)
Handelsgebäude (LED-Beleuchtung und HVAC-Systeme)
Renovierungsprojekt der Zhenjiang-Werft
Shanghai Pudong Volkskrankenhaus
Xi'an Thermal Power Company
Flughafen Jinan
Chery (Horden) New Energy Intelligent Connected Vehicle Industrial Park
Ausbildungs- und Forschungsbasis für öffentliche Gesundheit im Süden Sichuans
Ladesäulenprojekt für den Parkplatz Korla
