Sådan vælger du det rigtige aktiveffektfilter til din applikation
Efter introduktionen af aktive effektfiltre i de første to artikler i denne serie, vil denne sjette artikel diskutere funktioner og anvendelser af hybrid var-kompensatorer.
Hybrid var-kompensatorer (HVC for korte), også kaldet hybride aktive strømfiltre (HAPF for korte) har eksisteret siden 1990’erne. Beskrivelse af deres topologi og driftsprincip kan findes så langt tilbage som 1996. De blev udviklet som et specielt design af shunt-aktive effektfiltre (APF forkortet) af to årsager.
- For det første at tage sig økonomisk af strømkvalitetsproblemer og netkode og energieffektivitetskrav i det elektriske elsystem, som konventionelle passive løsninger som mekanisk koblede kondensatorbanker (MSC for korte), mekanisk koblede reaktorer (MSR for korte) og passive harmoniske filtre ( PHF for korte) eller konventionelle aktive løsninger som tyristor switched capacitor banks (TSC for short) og tyristor switched reaktorer (TSR for short) kunne ikke håndtere.
- For det andet at reducere de samlede projektomkostninger for applikationer, der havde brug for realtidsrespons og kontrolfunktionerne for shunt-APF’er, og som samtidig krævede store mængder kapacitiv reaktiv effekt.
Funktioner
HVC’er kombinerer de tekniske fordele ved SVG’er eller AHF’er med omkostningseffektiviteten ved konventionelle kontaktor- eller tyristorkoblede afstemte filterkondensatorbanker for at danne en økonomisk trinløs realtidskompensator med en enkelt controller.
Moderne HVC’er kan tage sig af flere strømkvalitetsproblemer og understøtte udviklingen af ren energi ved at kombinere forskellige kontrolfunktioner i en enkelt enhed.
Markeder og applikationer
HVC’er kan anvendes til små, mellemstore eller store applikationer i en bred vifte af segmenter.
De har mange lav- og højspændingspotentiale applikationer, hvor deres brug giver mange fordele.
- Udstyr, der bruger drev med variabel hastighed (VSD).
- Elektriske lysbueovne (EAF) og øseovne (LF).
- Lysbue- og modstandssvejsemaskiner.
- Switched-mode strømforsyninger (SMPS): Aircondition, computere, printere, kopimaskiner, PLC’er, tv’er osv.
- Batteriopladere (inklusive EV ladestationer).
- Dobbelt konvertering eller roterende UPS-systemer.
- Medicinsk udstyr: MR-scannere, CT-scannere, røntgenapparater og lineære acceleratorer.
- Belysningsenheder: LED, fluorescerende, kviksølvdamp, natriumdamp og ultraviolette (UV) lamper.
- Solcelle-invertere og vindmøllegeneratorer.
- Modulerede faseregulatorer, cyklokonvertere og tyristorstyrede AC spændingsregulatorer.
- Mættelige eller roterende enheder: Induktionsvarmere, transformere, generatorer, reaktorer og motorer.
- Installationer med hurtigt skiftende reaktiv effektbehov eller meget dynamiske belastninger som kuglemøller.
- Korrektion af førende effektfaktor, f.eks. i datacentre, hvilket muliggør drift af backup-generatorer.
- Jernbaneelektrificeringssystemer (tog og sporvogne).
- Belastninger med lav effektfaktor: Motorer, kabler, let belastede transformatorer, belysning mv.
Design
En HVC er en strømelektronikbaseret enhed forbundet parallelt med det udstyr, der genererer strømkvalitetsproblemerne, eller som har problemer med at overholde netkoden eller energieffektivitetskravene. HVC’en opfører sig som en styret strømkilde, der leverer enhver form for strømbølgeform (med hensyn til fase, amplitude og frekvens) i realtid (typisk reaktionstid er under 50 µs og typisk samlet responstid er under 100 µs).
Kondensatorbankens design er meget standard. Trinene er dannet af sikringer, afbrydere (kontaktorer eller tyristorafbrydermoduler), jernkernedetunede reaktorer og kondensatorenheder (enfaset forbundet i stjerne eller trefase eller trefaset forbundet internt i stjerne eller trekant). Den eneste forskel sammenlignet med et konventionelt kondensatorbankdesign er, at switchene er forbundet direkte til SVG- eller AHF-controlleren i stedet for til en effektfaktor-controller. Trinene kan være af den største passende vurdering for at optimere omkostningerne og reducere layoutet af hele løsningen.
Ved deres tilslutningsevne til det elektriske strømsystem kan HVC’er klassificeres i 3-leder eller 4-leder enheder.
- 3-leder HVC’er bruges typisk til industri- og generationsapplikationer, hvor der er VSD’er eller andre ikke-lineære belastninger og generatorer til stede.
- 4-leder HVC’er bruges typisk til applikationer i bygninger, hvor der er ikke-lineære belastninger som switched-mode strømforsyninger og informationsteknologiudstyr. De kan filtrere tredobbelte harmoniske i nullederne.
Det mest almindelige driftsspændingsområde for HVC’er er 200 V op til 690 V, da SVG’erne eller AHF’erne er bygget ved hjælp af lavspændings IGBT-switche. Det er muligt at tilslutte dem til højere spændinger ved hjælp af en passende step-up transformer.
Driftsprincip
HVC’er overvåger strømmene af det udstyr, der genererer problemerne, eller som har problemer med at overholde kravene, og genererer en kompensationsstrøm for at reducere problemerne eller overholde kravene som anmodet af slutbrugeren. HVC-driften varetages af en enkelt controller, der kun bruger ét sæt CT-signalindgange og garanterer et trinløst realtidsoutput:
- Kondensatorbanken leverer asymmetrisk reaktiv effekt, der opfylder de fleste af systemets kapacitive reaktive effektbehov, samtidig med at omkostninger og ydelse af løsningen optimeres.
- SVG eller AHF giver en symmetrisk reaktiv effekt og tager sig af den ekstra kapacitive eller induktive reaktive effekt, der er nødvendig (den kan enten lægge til eller trække fra kondensatorbankens output).
De mest almindelige krav fra slutbrugere består i at reducere THDi under 5 % og THDv under 3 %, forbedre effektfaktoren til enhed og reducere både strøm- og spændingsubalance under 3 %. Opfyldelse af disse krav garanterer en kontinuerlig, pålidelig og sikker drift af deres udstyr og processer, hvilket reducerer drifts- og vedligeholdelsesomkostninger. Det sikrer også, at anlægget overholder internationale eller lokale regler om strømkvalitet og energieffektivitet, hvilket reducerer det samlede energiforbrug.
Fordi SVG’en eller AHF’en tager sig af det reaktive effektbehov mellem kondensatorbanktrinene, er det ikke nødvendigt at bruge forskellige størrelser af trin. Kondensatorbank kan designes med alle trin af samme rating.
Funktioner
De mest typiske træk ved HVC’er, der kan findes i dag på markedet, kan klassificeres i følgende kategorier.
Fordele
De mest typiske fordele ved HVC’er, der kan findes i dag på markedet, kan klassificeres i følgende kategorier.
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.
© Copyright 2024 Ample A/S, Alle rettigheder forbeholdes
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.