مقدمه مقدماتی

امکانات تولیدی بزرگ مقدار زیادی انرژی الکتریکی مصرف می کنند و هزینه آن انرژی به طور مستقیم به کیفیت برق گره خورده است، هنگامی که هارمونیک ها و جریان های واکنشی از طریق شبکه توزیع جریان می یابند، آنها زیان های اضافی در ترانسفورماتورها، کابل ها و تغییر قیمت را ایجاد می کنند، این زیان ها نه تنها موجب افزایش لایحه برق می شود، بلکه زندگی تجهیزات را کوتاه می کند و باعث خرابی های غیرقابل پیش بینی می شود.

زمینه تاسیسات تولیدی

این مرکز موضوع یک تامین کننده بزرگ خودرو است که اجزای محرک، بلوک های موتور و مسکن های انتقال را تولید می کند. کف کارخانه بیش از ۵۰۰،۰۰۰ فوت مربع دارد و شامل غلظت متراکم بارهای الکتریکی است: بیش از ۲۰۰ مرکز ماشینکاری، ۸۰ ایستگاه جوشکاری روباتیک، سیستم های اتوماتیک، خطوط نقاله، و فشار سنگین هر بار که در حال حاضر به صورت غیر کیستیک ایجاد می شود، آسیب الکتریکی فعلی به سیستم حمل و نقل برق.

ترکیب این مشکل، بسیاری از دستگاه ها با یک عامل قدرت پایین به دلیل شیوع از رکتیفیرها، درایوهای فرکانس متغیر (VFDs)، و منابع قدرت حالت تغییر یافته، این منجر به تقاضای قدرت واکنش بالا، مجازات های سودمند و اضافی در ترانسفورماتورها و کابل ها می شود. این تسهیلات از نظر تاریخی به بانک های غیرفعال متکی بودند، اما کسانی که به سرعت تغییر می کردند، حتی گاهی اوقات بار دیگر آسیب می بینند.

چالش های Faced

یک حسابرسی دقیق کیفیت قدرت، چندین مسئله مرتبط را که بر عملیات و هزینه ها تأثیر می گذارد، آشکار کرد:

  • تحریفات مسلح بیش از حد IEEE 519 محدود: مجموع تحریف هارمونیک از جریان (THD در نقطه اتصال مشترک به 22٪، به خوبی بالاتر از 8٪ توصیه می شود.
  • پاداش های قدرت فعال: عامل متوسط قدرت گیاه در حدود 0.78 شناور، منجر به افزایش قابل توجهی از شرکت ابزار.
  • شکست تجهیزات احتمالی: بانک های خازن در سیستم اصلاح فاکتور قدرت موجود هر شش تا هشت ماه شکست خوردند، به طور انتقادی، گسل رانندگی و سفر بی نظیر در هفته در برخی از خطوط تولید اتفاق افتاد، که منجر به 3 تا 5 ساعت از خرابی های بدون برنامه در ماه می شود.
  • فشار انطباق: ارائه دهنده ابزار به تازگی الزامات انطباق را تحت کد شبکه محلی سفت کرده بود، تهدید به قطع اگر سطح هارمونیک در محدوده مشخص شده به ارمغان آورد.

درک فیلترهای فعال

فیلترهای آسیب پذیری فعال (AHFs) دستگاه های الکتریکی قدرت هستند که جریان را به شبکه برق تزریق می کنند تا جریان های هارمونیک را که توسط بارهای غیر خطی کشیده شده اند، بر خلاف فیلترهای منفعل، که به یک فرکانس تک هارمونیک متصل می شوند و می توانند به عنوان شرایط سیستم بی اثر شوند، فیلترهای فعال به طور مداوم بار جاری را درک می کنند و دقیقاً خلاف این واکنش موج واقعی را تولید می کنند تا بتوانند قدرت یکپارچه را جبران کنند، حتی اگر تعادل تعادل یکپارچه را به طور همزمان تنظیم کنند، و حتی به عنوان یک بار تنظیم کنند، و حتی به عنوان تعادل تعادل یکپارچه تنظیم کنند، و حتی به عنوان تعادل تعادل تعادل تعادل، فیلترها را جبران کنند، و حتی اگر تعادل یکپارچه کنند، فیلترها را جبران کنند، فیلترها را جبران کنند، فیلترها را جبران کنند، به عنوان یک قدرت را جبران کنند، و حتی اگر تعادل یکپارچه، فیلترها را جبران کنند، فیلترها را به طور همزمان، فیلترها را جبران کنند، فیلترها را به عنوان تعادل تعادل تعادل سیستم، فیلترها، فیلترها را جبران کنند، و حتی به عنوان تعادل یکپارچه، فیلترها را به عنوان تعادل یکپارچه و حتی اگر تعادل یکپارچه، فیلترها را جبران کنند، فیلترها، فیلترها به طور همزمان تنظیم می کنند، فیلترهای

فیلترهای فعال مدرن از ترانزیستورها دو قطبی عایق (IGBTs) که توسط یک پردازنده سیگنال دیجیتال کنترل می شوند استفاده می کنند.آنها می توانند با فرکانس های بالا (معمولا 10-20 کیلوهرتز) تغییر دهند تا یک جریان سنتز شده ایجاد کنند که آسیب پذیری ها را تا 50th سفارش لغو می کند. بسیاری از واحدها همچنین یک عامل اصلاح نیرو (F:0 قدرت [FLT 1) را جذب می کنند و یا سیستم های واکنش پذیر را به عنوان سیستم وحدت فعلی جذب می کنند.

مشخصات فنی کلیدی واحدهای انتخاب شده

  • جریان جبران خسارت: 300 A در هر واحد (عملیات پارال برای ظرفیت بالاتر)
  • قابلیت کنسل کردن هماهنگ: 2nd to 50th
  • زمان پاسخ: کمتر از 100 μs
  • اصلاح عامل قدرت جاسازی شده (0.9 inductive to 0.9 خازن)
  • ارتباطات TCP Modbus برای ادغام با SCADA

مراحل پیاده سازی

این پروژه در چهار مرحله اجرا شد و با یک ارزیابی جامع و پایان دادن به کمیسیون و آموزش اپراتور آغاز شد.

مرحله 1: ارزیابی دقیق کیفیت قدرت

یک کمپین اندازه گیری چند هفته ای با استفاده از تجزیه و تحلیل های کیفیت قدرت سه فاز در 15 نقطه کلیدی در سیستم توزیع انجام شد. داده های جمع آوری شده شامل ولتاژ و فرم موج فعلی، طیف هارمونیک، عامل قدرت و عوارض پروفایل بار ضد زنگ با برنامه های تولید مرتبط بود تا بدترین مناطق توهین آمیز را شناسایی کند.

مرحله دوم: طراحی سیستم و فیلتر کردن Sizing

بر اساس ارزیابی، تیم مهندسی تصمیم گرفت که یک غرامت کلی 1200 A از جریان هارمونیک مورد نیاز است.آنها شش 300 ماژول فیلتر فعال را انتخاب کردند، هر کدام با یک اتوبوس DC داخلی و طرفداران خنک کننده اضافی، سه ماژول در جعبه اصلی سوئیچ پایین ولتاژ (2000 kVAer) قرار گرفتند و سه باقی مانده به دو زیر پنل توزیع شدند که بیشتر سلول های تولید آلوده را تغذیه می کردند.

مرحله 3: نصب و ادغام

نصب در طول یک خاموش شدن کارخانه برنامه ریزی شده انجام شد.هر فیلتر فعال در یک طبقه اختصاصی در کنار سوئیچ موجود نصب شد، با اتصالات اتوبوس پیچ شده به نوار اصلی اتوبوس، حلقه تبدیل کننده فعلی (CT) در هادی های فیدر نصب شد تا سیگنال بازخورد را ارائه دهد. واحد های کنترل فیلترها از طریق کابل های فیبر نوری و متصل به سیستم نظارت از راه دور برای سیستم کنترل از راه دور برای سیستم کنترل از راه دور، مسدود شده بودند.

مرحله 4: کمیسیون و نظارت

پس از انرژی فیلترها، مهندس کمیسیونی حالت جبران خسارت ترکیب هارمونیک را تنظیم کرد تا عامل پنجم، هفتم، 11th و 13th هارمونیک را به طور خاص هدف قرار دهد، در حالی که ترک سیستم آزاد برای لغو هر گونه سفارش دیگر تا 50th. قدرت تنظیم شده بود به هدف 0.99. مجموعه ای از تست های بار / بارگذاری برای تأیید ثبات و زمان.

نتایج و مزایای

اندازه گیری های پس از پیاده سازی، پس از یک دوره دو هفته ای حل و فصل، بهبود چشمگیر در تمام معیارهای کلیدی را نشان داد:

  • [FLT:] کاهش تحریفات مسلحانه: THD در ترانسفورماتور اصلی از 22٪ به 3.1% کاهش یافت، و همچنین در محدوده IEEE 519-2014 سفارشات آسیب شناسی فردی، مانند 5th (در اصل 14٪) کاهش به زیر 2٪ کاهش یافت.
  • جبران قدرت فعال: میانگین عامل قدرت بهبود یافته از 0.78 به 0.993، حذف تمام مجازات های قدرت واکنشی تایید شده است که این گیاه بالاترین عامل قدرت را به دست آورده است.
  • ] پس انداز انرژی و کاهش زیان: اندازه گیری ] I2R [ ] زیان در کابل های فیدر اصلی کاهش یافته توسط 18٪. زیان هسته تبدیل شده به دلیل محتوای هارمونیک پایین تر، و مصرف کلی انرژی گیاهی کاهش یافته توسط 6.5% پس از حسابداری برای جذب انگل فعال.
  • قابلیت اطمینان اطمینان: خطای درایو به کمتر از یک در ماه کاهش می یابد.شکست های خازن در عناصر اصلاحی منفعل باقی مانده به طور کامل متوقف شد.

تاثیر مالی و ROI

کل هزینه پروژه 185000 دلار بود، از جمله تجهیزات، نصب، کمیسیون و آموزش صرفه جویی سالانه به شرح زیر محاسبه شد:

  • [[۱] [۱۰] مجازات های کاهش یافته؛ [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۱] [۲] [۲] [۲] [۱] [
  • ] پس انداز انرژی: 112000 دلار در سال (بر اساس 6.5% کاهش در $ 10.1 / کیلووات ساعت و 20 گیگاوات مصرف سالانه)
  • نگهداری و خرابی را کاهش داد؛ 95،000 دلار در سال (قطعات محل کار، کار و تولید از دست رفته)

پس انداز سالانه کلی بیش از 423000 دلار بود و یک دوره بازپرداخت ساده تقریبا 5.2 ماه را ارائه داد.این مرکز همچنین از 50 هزار دلار جریمه از این ابزار جلوگیری کرد.

نتیجه گیری

این مطالعه موردی تایید می کند که فیلترهای آسیب پذیری فعال یک راه حل بسیار موثر برای کاهش تلفات قدرت در تاسیسات بزرگ تولیدی هستند.با پرداختن به تحریف هارمونیک، قدرت واکنشی و عامل قدرت، این دستگاه ها مزایای عملیاتی و مالی را ارائه می دهند.تولید کنندگان قطعات خودرو نه تنها هزینه های انرژی و قابلیت اطمینان تجهیزات را کاهش می دهند بلکه سیستم الکتریکی آن را در آینده در برابر مقررات کیفیت برق به طور فزاینده ای مقاوم می کنند.

برای مهندسان صنعتی و مدیران تاسیسات که با چالش های مشابه مواجه هستند، یک رویکرد سیستماتیک - با یک حسابرسی کامل، فیلتر کردن صحیح و ادغام آنها با سیستم های نظارت موجود - مطمئن ترین راه برای موفقیت است. فیلترهای فعال نشان دهنده یک تکنولوژی بالغ با یک رکورد قوی در محیط های خواستار است و بازگشت سرمایه گذاری می تواند در ماه ها اندازه گیری شود، نه سال ها.

برای مطالعه بیشتر در مورد استانداردهای کیفیت قدرت و تکنیک های کاهش هارمونیک، به راهنمای صنعت در فیلتر فعال و از تنظیمات توصیه شده [FLT53]، علاوه بر این، U.S. Department of Energy's Advanced Manufacturing Office [F] راه حل های انرژی با کیفیت ارزشمند را در کیفیت کارآمد فراهم می کند.