Del 1 : Introduktion.

16 faktorer at overveje, når du specificerer eller køber et aktivt shuntfilter

Aktive strømfiltre (APF) er en af de hurtigst voksende kraftelektronikteknologier til at løse strømkvalitetsproblemer og opfylde netkode og energieffektivitetskrav for en lang række segmenter og applikationer.

Moderne APF’er kan styres til at fungere som strøm- eller spændingsgeneratorer. De kan forbindes parallelt eller i serie med elsystemet. De parallelkoblede APF’er kaldes shunt APF’er eller strømføde APF’er, og de er de mest udbredte APF’er i dag. APF’erne forbundet i serie kaldes også spændingsføde APF’er. Den spændingskildeomformer (VSC) baserede shunt APF er langt den mest almindelige type på grund af dens velkendte topologi, rimelige omkostninger og ligetil installationsprocedure.

Shunt aktive strømfiltre

Konventionelle løsninger som kondensatorbanker, shuntreaktorer og passive harmoniske filtre, bestående af induktans-, kapacitans- og modstandskomponenter, reagerer ikke altid korrekt på den krævede dynamik i moderne elektriske kraftsystemer. Selvom de er enkle i konstruktionen og afhængigt af anvendelsen nogle gange meget omkostningseffektive, arver de adskillige mangler.

Shunt APF’er blev udviklet og kommercialiseret som en økonomisk løsning til at håndtere alle disse mangler, der tilbyder en ydeevne uafhængig af det elektriske kraftsystems egenskaber, samtidig med at de er i stand til at overholde realtidskravene for moderne belastninger og generatorer.

Shunt APF’er er enheder, der opfører sig som en kontrolleret strømkilde, der leverer enhver form for strømbølgeform i realtid. De er udstyret med et energilagringselement, en IGBT-bro og et kontrolsystem, som gør det muligt for enheden at injicere den nødvendige strøm til det elektriske strømsystem. De kan installeres på et hvilket som helst punkt i systemet (lav eller høj spænding) parallelt med det udstyr, der forårsager problemer eller skal overholde visse krav. Deres drift er uafhængig af netværksimpedans, kurveform af den strøm, der skal kompenseres, og kvaliteten af forsyningsspændingen.

Gennem årene er designet af shunt-APF’er blevet skræddersyet til at levere specifikke funktionaliteter. De er i stand til at kompensere strømbaserede forvrængninger såsom strømharmoniske og strømubalancer, og spændingsbaserede forvrængninger såsom spændingsovertoner, spændingsudsving, spændingsvariationer og spændingsubalancer. De kan også understøtte udviklingen af ren energi ved effektfaktorkorrektion og reduktion af energitabene i det elektriske kraftsystem.

Skræddersyede APF-løsninger, der i øjeblikket findes på markedet, omfatter statiske var-generatorer (SVG), aktive harmoniske filtre (AHF), aktive belastningsbalancere (ALB) og to typer specialdesign, hybrid var-kompensatorer (HVC) og lavharmoniske drev ( LHD).

Specificering eller køb af et aktivt shuntfilter

Der er flere faktorer, der bør overvejes nøje, når du specificerer eller køber en shunt APF til en lav- eller højspændingsapplikation. Følgende faktorer er nogle af de vigtigste.

1- Funktioner

I princippet kan en shunt-APF korrigere en lang række strømkvalitetsproblemer såsom harmonisk forvrængning (af enhver fasesekvens), reaktiv grundfrekvent effekt (ikke-enhedsforskydningsfaktor), fundamentale komponenter i negativ sekvens (ubalancekomponenter), nul- sekvens fundamentale komponenter (neutral linjestrøm) og spændingsudsving.

En shunt APF kan også understøtte udviklingen af ren energi ved effektfaktorkorrektion og reduktion af energitabene i det elektriske kraftsystem.

Det er fristende at overveje, at alle de forskellige strømkvalitetsproblemer og netkodekrav kan løses ved blot at tilføje kontrolfunktioner til den grundlæggende shunt APF-inverter og styresystem. Hver korrigerende handling bidrager dog til inverterens volt-ampere-klassificering og dermed til prisen på enheden. Kompensation af ubalance og spændingsudsving har også implikationer for DC-side energilageret, da energistrømmene repræsenteret ved spidser i den øjeblikkelige effekt kan være store.

Det er vigtigt at studere applikationen i detaljer og klart definere de funktioner, der er nødvendige fra APF for at tage sig af de problemer eller krav, som slutbrugeren anmoder om. Afhængigt af de nødvendige funktioner kan den rigtige type shunt APF specificeres eller vælges.

2- Svartid

Nogle elkvalitetsfænomener opstår ekstremt hurtigt, og nogle netkode- og energieffektivitetskrav kræver en realtidsrespons. Det er meget vigtigt at evaluere både APF’ens reaktionstid og den samlede responstid for at sikre, at enheden opfylder applikationens behov.
Reaktionshastigheden spiller en stor rolle i beslutningen om, hvilken kontrolfilosofi der skal implementeres i den nødvendige APF. Generelt er omkostningerne ved en bestemt APF relateret til den implementerede responshastighed.

3- Spændingsområde

Shunt APF’er tilbydes i en række spændinger, mest almindelige er 200 V op til 690 V, da de er bygget ved hjælp af lavspændings IGBT-switche. Nogle producenter tilbyder enheder, der kan tilsluttes direkte til det elektriske strømsystem inden for dette spændingsområde.

Nogle andre producenter designer APF’er til et bestemt spændingsniveau (normalt 400 V), og derefter forbinder de APF’en til 200-690 V elektrisk strømsystem ved at bruge en step-down eller step-up transformer. Denne tilgang øger størrelsen, omkostningerne og tabene for hele løsningen.

Det er muligt at tilslutte APF’er til højspændingssystemer (over 1 kV) ved hjælp af en passende step-up transformer. I disse tilfælde er strømtransformatorerne, der leverer strømsignalerne, placeret i nærheden af det højspændingsudstyr, der skal kompenseres.

Ved brug af transformere til tilslutning af APF’erne bør disse transformere studeres omhyggeligt under projekteringsfasen af projektet. Step-up- eller step-down-transformere kan reducere kompensationsydelsen på grund af øget impedans mellem APF’en og det elektriske strømsystem.

4- Inverter topologi

De fleste moderne shunt-APF’er er bygget på den nyeste VSC-topologi, 3-niveaus neutral-punkts fastklemte (NPC) invertertopologi, hvilket giver flere fordele sammenlignet med APF’er bygget på den konventionelle 2-niveau topologi.

I 3-niveau topologi er koblingsfrekvensen og spændingsspændingen fordelt mellem IGBT-switcherne, hvilket fører til en bedre spektral ydeevne af udgangsspændingen. Reduceret stress forlænger levetiden for kraftelektronikken. Højere effektivitet, mindre udgangsstrømbølge, lavere tab, lavere støjniveauer og et mere kompakt design med mindre layout opnås også. Disse fordele gør de samlede samlede ejeromkostninger (TCO) meget lavere.

5- Internet-aktiverede teknologier

Shunt APF’er, der bruger industrielle internet of things (IIoT) teknologier, kan nøjagtigt og konsekvent fange og kommunikere data i realtid. Vedtagelsen af IIoT af APF’er bliver muliggjort af den forbedrede tilgængelighed og overkommelighed for sensorer og processorer. IIoT tillader inkorporering af maskinlæring og big data-teknologi i enhederne.

Nogle producenter tilbyder muligheden for at forbinde alle APF’er på et websted gennem en webbaseret arkitektur. En operatør kan derefter få et overblik over status for alle tilsluttede APF’er og logge dem. Dette giver mulighed for at logge hændelser, der kunne have forårsaget produktionsforstyrrelser, og overvåge individuelle APF’er.

Der er en stigende markedsefterspørgsel efter smarte enheder og trådløs forbindelsesteknologi til industrielt udstyr. Mange APF’er på markedet tilbyder muligheden for ekstern aktivforbindelse, big data-behandling og analyse ved at bruge IIoT-softwareplatforme. Dette kan forbedre den operationelle effektivitet af installationer (f.eks. forbedret oppetid og aktivudnyttelse) gennem forudsigelig vedligeholdelse og fjernstyring.

Christina Brædder

CEO Ample A/S

Christina Brædder er uddannet kemiingeniør med speciale indenfor analytisk kemi, og har lederuddannelse indenfor markedsføring. Hun har siden 1999 erhvervet en bred europæisk erfaring inden for elkvalitet og elektrisk beskyttelse samt præsenteret tekniske publikationer, og fungeret som inspirator for forfattere, lektorer og studerende i uddannelsessektoren.

I dag er hun en alsidig og dygtig leder af nichevirksomheden Ample A/S, som har særlig fokus på proces- og energioptimering samt levetidsforlængelse for el-tekniske anlæg f.eks. transformerstationer og forsyningstavler mv. Hun er også leder af Proswede El AB, som sælger og markedsfører el-komponenter i Norden indenfor elkvalitet, elektrisk beskyttelse og automation. Hun har været en førende ekspert i flere lederstillinger hos Eaton, SIBA GmbH og Siemens.

Forretnings- og markedsudvikling baseret på højteknologiske løsninger er hendes dybtliggende passion.

Dette dokument indeholder oplysninger tilhørende Ample A/S og må ikke gengives helt eller delvist eller videregives uden forudgående skriftlig tilladelse fra Ample A/S.