مقدمه
در سیستم های برق مدرن, استفاده فزاینده از بارهای غیرخطی-مانند درایوهای فرکانس متغیر (VFDS), منبع تغذیه سوئیچینگ, و اینورترهای انرژی تجدید پذیر - منجر به گسترش تحریفات هارمونیک شد. این هارمونیک ها می توانند کیفیت قدرت را کاهش دهند, باعث نقص تجهیزات می شود, و تلفات انرژی را افزایش دهید. فیلترهای هارمونیک مؤلفه های اساسی هستند که برای کاهش این تحریفات طراحی شده اند, اطمینان از عملکرد سیستم قدرت کارآمد و قابل اعتماد.
- درک هارمونیک در سیستم های برقی
1.1 تعریف هارمونیک
هارمونیک ها ولتاژ یا شکل موج فعلی با فرکانس هایی هستند که چند برابر از فرکانس سیستم قدرت اساسی هستند (به طور معمول 50 هرتز یا 60 هرتز). آنها توسط بارهای غیرخطی تولید می شوند که جریان را در پالس های ناگهانی به جای امواج سینوسی صاف می کنند.
1.2 منابع هارمونیک
منابع متداول هارمونیک ها شامل می شوند:
دستگاه های الکترونیکی قدرت (به عنوان مثال, اصلاح کننده, اینورتر, VFDS)
منبع تغذیه بدون وقفه (غوغا)
سیستم های روشنایی LED و فلورسنت
کوره های قوس و دستگاه های جوشکاری
سیستم های انرژی تجدید پذیر (اینورترهای خورشیدی/باد)
دستور اصلی اعوجاج هارمونیک است 5/7 اعوجاج جریان هارمونیک, و شکل موج فعلی یک شکل موج موج دو سر معمولی را ارائه می دهد. قبل از درمان تجهیزات, نرخ تحریف هارمونیک کل سیستم به دست آمد 35.8%. بعد از درمان تجهیزات, نرخ تحریف هارمونیک کل سیستم تقریباً کاهش یافته است 5%, شکل موج به حالت عادی بازگشت, و در همان زمان, هر هارمونیک به طور قابل توجهی کاهش یافته است.
اعوجاج هارمونیک می تواند منجر شود:
گرمای بیش از حد ترانسفورماتورها و موتورها, کاهش طول عمر آنها
خرابی بانک خازن به دلیل شرایط رزونانس
افزایش تلفات برق در سیستم های توزیع
تداخل در سیستم های ارتباطی
نقص تجهیزات الکترونیکی حساس
برای کاهش این مسائل, از فیلترهای هارمونیک استفاده می شود.
2. هدف فیلترهای هارمونیک
هدف اصلی فیلترهای هارمونیک کاهش اعوجاج هارمونیک در شبکه های الکتریکی با مسدود کردن یا جذب جریان های هارمونیک است.. اهداف کلیدی شامل:
بهبود کیفیت توان با حفظ شکل موج ولتاژ و جریان نزدیک به سینوسی.
جلوگیری از آسیب تجهیزات ناشی از گرمایش بیش از حد هارمونیک.
افزایش کارایی سیستم با کاهش تلفات.
مطابق با استانداردهای کیفیت برق (به عنوان مثال, IEEE 519, IEC 61000-3-6).
3.2 فیلترهای هارمونیک فعال (قوای)
فیلترهای فعال از الکترونیک قدرت استفاده می کنند (igbts, کنترلرهای DSP) برای تزریق جریان های ضد هارمونیک که اعوجاج ها را خنثی می کند. آنها به صورت دینامیکی با بارهای هارمونیک متغیر سازگار می شوند.
مزایا:
برای طیف وسیعی از هارمونیک ها بسیار موثر است.
جبران تطبیقی بلادرنگ.
بدون مشکل رزونانس.
معایب:
هزینه اولیه بالاتر.
به منبع تغذیه و مدار کنترل پیچیده نیاز دارد.
4. اصل کار فیلترهای هارمونیک
4.1 عملکرد فیلتر غیرفعال
یک فیلتر غیرفعال برای ارائه یک مسیر با امپدانس کم برای هارمونیک های خاص طراحی شده است. به عنوان مثال, یک فیلتر هارمونیک پنجم از مدار LC تنظیم شده استفاده می کند 250 هرتز (برای 50 سیستم های هرتز). هارمونیک ها در این فرکانس شنت می شوند, جلوگیری از ورود آنها به شبکه.
4.2 عملیات فیلتر فعال
یک فیلتر هارمونیک فعال به طور مداوم جریان بار را با استفاده از سنسورها کنترل می کند. یک پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) هارمونیک ها را تحلیل می کند و جریان های معکوس تولید می کند, که برای از بین بردن اعوجاج ها دوباره به سیستم تزریق می شوند.
تجهیزات منبع هارمونیک جریان های هارمونیک از مرتبه های مختلف تولید می کنند. پس از اندازه گیری APF جریان هارمونیک, خروجی سوئیچ IGBT را بر خلاف جهت آن کنترل می کند, و جریان هارمونیک با قدر مساوی جبران می شود. پس از عبور جریان از نقطه دسترسی APF, می توان آن را به حالت خالص بازگرداند
5. کاربردهای فیلتر هارمونیک
فیلترهای هارمونیک به طور گسترده در صنایع با آلودگی هارمونیک بالا استفاده می شود, از جمله:
گیاهان صنعتی (با VFD ها و درایوهای موتور بزرگ)
مراکز داده (تجهیزات حساس IT)
سیستم های انرژی تجدید پذیر (مزارع خورشیدی/بادی)
بیمارستان ها و آزمایشگاه ها (الزامات حیاتی کیفیت توان)
ساختمانهای تجاری (سیستم های روشنایی LED و HVAC)
پروژه نوسازی کشتی سازی ژنجیانگ
بیمارستان مردمی پودونگ شانگهای
شرکت برق حرارتی شیان
فرودگاه جینان
چری (انبوهی) شهرک صنعتی خودروهای متصل هوشمند انرژی نو
پایگاه آموزشی و تحقیقاتی بهداشت عمومی سیچوان جنوبی
پروژه شمع شارژ پارکینگ کورلا
