Активные фильтры гармоник - выбор покупателя
28.05.2015
Image  

    Популярность применения активных фильтров гармоник (АФГ), как способа решения проблемы ухудшения качества электроэнергии, растёт. Соответственно появилась проблема выбора этого достаточно дорогостоящего оборудования, и в первую очередь, разумеется, на стадии проектирования.

Есть несколько факторов, которые следует учитывать при выборе АФГ. Типичные области применения для этих фильтров - компенсация влияния на сеть частотно-регулируемых приводов и оборудования дата-центров, чтобы снизить нагрузку на ИБП или компенсировать последствия подключения возобновляемых источников энергии к сети.


Что такое активный фильтр гармоник и зачем он нужен.

В общем случае - это аналоговое или цифровое устройство, которое измеряет качество напряжения на стороне сети. Затем оно формирует ток определенной формы и величины  для компенсации любых нежелательных отклонений от стандартного напряжения частотой 50 или 60 Гц. Отклонения могут быть компенсированы в полном объеме или частично.


Какие факторы следует учитывать при выборе активного фильтра гармоник

1. Потери

В зависимости от конструкции, фильтр имеет более высокие или более низкие потери. Проверьте величину потерь, так как от этого зависят расходы в течение всего срока эксплуатации. Некоторые активные фильтры имеют потери менее 1%, что в зависимости от области использования устройства означает потенциал для значительной экономии средств, но при сроке эксплуатации не менее 5 лет.

2.  Компенсируемые гармоники тока

Необходимо компенсировать, чаще всего, нечетные гармоники.  АФГ, как правило, компенсируют гармоники  до 25-й или до 50-й.  Компенсация гармоник выше 50-й значения не имеет, хотя некоторые АФГ компенсируют и 51-ю гармонику.

Гармоники выше 50-й измерить трудно; есть лишь несколько измерителей PQ, которые могут обрабатывать такие величины. Однако существуют, и довольно часто встречаются источники, такие как активные выпрямители приводов, которые вызывают при переключениях пульсации выше 3 кГц, то есть выше 60-й гармоники (или выше 50-й в системе с частотой 60 Гц).

Есть несколько типов активных фильтров гармоник, которые способны компенсировать такие частоты. Выберите фильтр в соответствии с вашими потребностями.

3. Быстродействие (время отклика)

Некоторые изменения показателей качества электроэнергии происходят чрезвычайно быстро, что требует быстрого отклика на эти изменения. Если работа потребителя зависит от фликкера или переходных процессов, необходимо проявлять особую осторожность, чтобы оценить потенциал реагирования фильтра. Фликкер является специфическим явлением, как правило, требующим специального программного обеспечения для его компенсации на контролируемом участке сети.

4. Интергармоники

Интергармоники обычно вызваны проблемами синхронизации. Если ваша установка включает в себя такие источники интергармоник, необходимо проконсультироваться с производителем активных фильтров. Это, например, является общей проблемой на некоторых типах турбин старых ветроэлектростанций.

5. Электромагнитная совместимость

Должны соблюдаться стандарты в отношении электромагнитной совместимости. Если вы хотите быть уверены, что ваш активный фильтр им соответствует, то он обязательно должен быть оснащен EMC-фильтром.

6. Уровень компенсации гармоник

Как правило, существуют два режима компенсации гармоник: комплексный и селективный.

В комплексном режиме компенсируются все гармоники до 25-й или 50-й, включая гармоники кратные трем.  В селективном режиме выборочно нечетные гармоники от 5-й до 25-й, некратные трем. При этом производитель должен указать  изменение тока компенсации гармоник в зависимости от их номера. Например, если компенсация  13-й гармоники 50%, то это означает, что  фильтр с номинальным током компенсации 100А  выдает ток компенсации 13-й гармоники 50А.

Все производители АФГ должны иметь  данные по изменению тока компенсации для отдельных гармоник, хотя в технических  характеристиках  могут указывать уровень компенсации только в комплексном режиме.

7. Место установки – какое пространство требуется для АФГ?

Сами поставщики активных фильтров предлагают несколько вариантов их установки. Настенный монтаж, шкаф и модули IP00 для установки в шкафах. Эффективное использование пространства шкафа приводит к более низкой стоимости системы. Некоторые фильтры имеют модульную конструкцию и их мощность может быть увеличена  без изменения  занимаемой площади.

8. Модульность фильтра

Как уже упоминалось, модульная конструкция активного фильтра гармоник позволяет приспосабливать фильтр к возможным изменениям для ваших будущих потребностей в компенсации мощности. Модульная конструкция означает, что вы можете легко изменить мощность фильтра подключением дополнительных модулей в объеме существующего шкафа, экономя затраты и пространство для размещения оборудования.

9. Программное обеспечение АФГ

Имеет ли фильтр встроенное, необходимое для ввода в эксплуатацию программное обеспечение? Ввод в эксплуатацию и сервисное обслуживание активных фильтров может занимать довольно много времени. Требуйте перечень поддерживаемого программного обеспечения, установленного в устройстве. Некоторые поставщики взимают дополнительную плату за необходимое программное обеспечение. Но должна быть минимальная требуемая функциональность, включая выполнение системой самопроверки напряжения и чередования фаз, проверку полярности датчиков тока, автодиагностику и автокалибровку. Такие функции помогут быстро найти ошибки установки до появления проблем, а также сократят время, необходимое для ввода в эксплуатацию.

Если фильтр не имеет такого типа поддержки программного обеспечения, то ввод в эксплуатацию становится гораздо более сложным и, возможно, даже потребуется внешняя поддержка, что увеличивает стоимость системы.


10.
Интерфейс управления АФГ.

Существуют различные виды интерфейса управления фильтром. Некоторые из них имеют очень простой вид, в то время как другие включают графики, показывающие форму сигналов тока и напряжения и многие другие функции. Наличие веб-интерфейса, позволяющего иметь всестороннюю функциональность контроля и управления, увеличивает стоимость фильтра. Но тогда и не требуется никаких дополнительных измерителей PQ .


11. Smart Grid-функциональность.

Активные фильтры имеют встроенный элементарный измеритель мощности и качества электроэнергии для подсчета требуемой компенсации. Некоторые производители фильтров используют этот факт и дают пользователям возможность соединить все фильтры на корпоративном сайте компании с помощью веб-архитектуры. Таким образом, оператор может иметь общее представление и регистрировать состояние всех подключенных устройств.  Это дает возможность записи событий, которые могли бы, или должны были бы, вызвать нарушения производственных процессов, контроль  за состоянием отдельных фильтров, а также возможность дистанционного управления ими. Электронная почта и текстовые оповещения, от устройств  для обслуживающего персонала, резко уменьшают время отклика на события.


12. Класс
IP и водяное охлаждение.

Активные фильтры с водяным охлаждением очень хорошо уменьшают нагрев IGBT-транзисторов, наиболее важного компонента активного фильтра. Водяное охлаждение исключает их перегрев , что повышает работоспособность фильтров точно так же, как и частотных преобразователей. Увеличивается и мощность установки.


13. Напряжение.

Активные фильтры гармоник предлагаются в определенном диапазоне напряжений. Наиболее распространенные диапазоны 380-415 В,  до 480 В. Встречается оборудование и с напряжением   до 600 В и 690 В.  Работа АФГ с более высоким напряжением регламентируется всеми поставщиками только с использованием повышающего трансформатора.

 
14.
Изменение (ограничение) номинальных значений рабочих характеристик фильтра.

Рабочие характеристики  активного фильтра гармоник обычно даются при номинальной нагрузке и частоте, то есть при 50/60 Гц. Поскольку фильтр работает в широком частотном диапазоне, его мощность по сравнению с номинальной начинает снижаться. Эта зависимость от величины гармонических составляющих имеется у  всех серьезных поставщиков оборудования  и доступна для потребителей.

Например, отклонение от номинальных значений параметров 50%, на 13-й  гармонике, означает, что фильтр на 100A  обладает способностью компенсировать только 50А на этой гармонике.  Естественно, если у вас есть гармоники высшего порядка,  важно проверить снижение номинальных значений для них. Изменение (ограничение) номинальных значений рабочих характеристик фильтра определяется уровнем его разработки. Как правило, поставщики предлагают фильтры, у которых рабочие характеристики неизменны до 7-й гармоники включительно.

Ниже, в таблице, для сравнения приведены характеристики активных фильтров гармоник некоторых зарубежных производителей.


Наименование параметра

ICUVOC 50 (Max Fuss GmbH&Co KG) Германия

PFQS (АВВ) Швеция

MaxSine (Nokian Capacitors)

Финляндия

StacoSine (Staco Energy Products Co.) США

ECOsine Active (FN3430)

(Schaffner Group) Швейцария

Номинальное напряжение

сети, В

400 +/-10%

380 (415) +/-10%

400В +10/-20%

208 – 480В 

+/-15%

380 ±15%

415 ±10%

Номинальный компенсируемый фазный ток, А

50 (до 200 при параллельной работе модулей)

30,45,60, 70,80,90100

25, 50, 100

25, 50, 100, 150, 200

30-300

Номинальная частота, Гц

47-63

50

50/60 +/-2%

50/60

+/- 3 Гц

50/60

+/- 3 Гц

Число фаз

3

3

3

3

3

Схема присоединения

TN,  TT,  IT

TN,  TT,  IT

TN,  TT,  IT

TN,  TT,  IT

TN,  TT,  IT

Цифровая топология управления, контроля и защиты

Да

Да

Да

Да

Да

Средняя частота коммутации, кГц

6,6

---

10

20

16

Компенсируемые гармоники тока

До 31-й

До 50-й включительно

До 50-й включительно

До 51-й включительно

До 50-й включительно

Уровень компенсации гармоник, %

95

97

100

100

98

Компенсация реактивной мощности по коэффициенту мощности

---

От 0,6(инд.) до 0,6(емк.)

до 1,0 включительно

до 1,0 включительно

до 1,0 включительно

Время отклика, мс, не более

---

0,5

1,0

с алгоритмом дискретного преобразования Фурье,
время отклика <20 мс

0,3

Уровень шума, dB

65

---

60

63

65

Перегрузочная способность длительная, % от номинального тока, не менее

---

---

120

---

З-х кратная за 10ms

Рассеиваемая мощность, %, не более

---

3,0

3,0

---

---

Интерфейс

RS 232

Modbus RTU

RS 485

RS232 (стандарт), RS422, RS485, RJ45, USB, TCP/IP (опционально)

Modbus RTU (RS485), Modbus TCP/IP (Ethernet)

Опция параллельной работы

Да

Да

---

Да

Да

Охлаждение

Воздушное, 360 куб.м/час

Воздушное

Воздушное

Воздушное

Воздушное или жидкостное

Относительная влажность воздуха, %

 

95 (без конденсации)

96

85 (без конденсации)

---

95

Атмосферное давление, кПа

---

---

---

---

---

Температура окружающей среды, °С

 

+5/+40

-10/+40

0/+40

0/+40

0/+40

Сейсмоударное воздействие, м/с

---

---

---

---

---

Высота над уровнем моря, м, не более

1000

1000

1000

1000

1000

Амплитуда ударного ускорения, g

---

---

---

---

---

Класс защиты

IP20

IP30

IP21

IP21

 IP20 – IP54

Средняя наработка на отказ, часов, не менее

 

---

---

---

---

---

Средний срок службы, лет, не менее

---

---

---

---

 

Размеры,  ШхГхВ, мм

400х480

х480

585х310

х700

600х600

х1200 (для тока 50А)

409х389

х880

(для тока 50А)

360x590

x290

(для тока 50А)

Вес, кг

49

120

150 (для тока 50А)

154

(для тока 50А)

70

(для тока 50А)


В заключение отметим, что в любом случае окончательное решение о выборе АФГ необходимо делать обязательно с учетом полного обследования сети.