דרישות הצמיחה במערכות הכוח המודרניות

אספקת חשמל אמינה היא עמוד השדרה של כלכלות תעשייתיות, ארגונים מונעים נתונים, וחיי היומיום.כאשר רשתות חשמל מתפתחות כדי להתאים לדור מבוזר, מקורות אנרגיה מתחדשים, ועומסים לא ליניאריים, שני מדדי ביצועים מרכזיים הפכו קריטיים יותר ויותר: FLT:0powerment System יציבות מערכתית זמין פתרונות אנרגיה ו-FLT:2powerPowerFLT 3 .

הבנה של Active Topology

פילטר Active filter טופולוגיה מתייחסת להסדר של רכיבים אלקטרוניים של כוח - באופן רטימיים של קוד מתח (VSIs), מערכות בקרה ואלמנטים הפיכה - אשר באופן פעיל מזרקת זרמים או מתחים כדי לבטל הפרעות ברשת החשמל.בניגוד לסננים פסיביים, אשר מסתמכים על מעגלים קבועים (שילובים) והם יעילים רק בתדרים ספציפיים הרמוניים, פעילים יכולים להגיב באופן דינמי לבעיות של כוח ולטפל בהם.

המונחים: Active Filters

ללא קשר לטופולוגיה הספציפית, כל מסנן פעיל מכיל כמה אבני בניין חיוניות:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ (ב) - שלושה-phase או יחיד-phase in with IGBTs או MOSFETs, המסוגל לצטט גלפורציות גבוה.
  • (ב) ⁇ הפיכה:0) אלמנטים הפיכה פסיבית (FLT:1) - אינדוקטורים, קפקאים, או ההופכים המחברים את הדחף למערכת החשמל ומספקים סינון של רכיבים מעבר.
  • (FLT:0)Sensor and Measure System) 1 (וולטראז' ו-Transducers הנוכחיים שלוכדים פרמטרים חשמליים בזמן אמת מנקודת ההפיכה המשותפת (PCC).
  • (FLT:0) יחידת הבקרה של שליטה דיגיטלית (FLT:1 - A DSP, FPGA, או microcontroller אלגוריתמים (למשל, תורת כוח מיידית, מסגרת התייחסות סינכרונית, או בקרים חוזרים) כדי למקם את הפיצוי הנדרש.
  • (ב) ,0) ,7) ,[דרוש מקור]: שינוי בטיחותי וטיפול בנזק.

פילטר Active topologies

שלושה כיתות טופולוגיה עיקריות שולטות בשטח, כל אחת עם יכולות נפרדות ונישות יישומים:

1 שוסט Active Filters

מסננים פעילים שוסט (SAFs) קשורים במקביל לעומס.הם מזריקים זרמים הרמוניים של גודל שווה, אבל השלב המנוגד לביטול הרמוניות מוגזמות של עומס.הם מספקים גם כוח תגובתי, איזון זרמים לא מאוזנים, ויכולים לחסן את ההדדיות בין המפיצים והסננים הפסיביים.SAFs הם הטופולוגיה הפרוסת ביותר, במיוחד במתקנים תעשייתיים עם עומסים גדולים שאינם לינאריים כגון מתקנים, כמו כוננים ומכשירים (FD).

סדרה Active Filters

מסננים פעילים של סדרות (SeAFs) מוכנסים בסדרה בין ההיצע לבין העומס באמצעות מהפך הפיכה.הם משמשים בעיקר לפצות על הפרעות הקשורות למתח - מתחים, swells, ches, ולא מאוזנים - על ידי הזרקת מתח מגובש.

3.הוריטרינר

פילטרים פעילים משולבים הן מודולים מסנן פעיל, או משלב מסנן פעיל עם רכיבים פסיביים.טופולוגיה זו ממנת את נקודות החוזק של כל אחד: החלק של הסדרה מקטין הפרעות מתח, בעוד החלק השט מטפל בנזקים הנוכחיים ובכוח היברידית מחדש הם אטרקטיביים במיוחד עבור יישומים בעוצמה גבוהה שבו מסנן פעיל יחיד יהיה יקר או קיים צורך פסיבית הפחתת הפחתת תפקוד הנוכחי של יעילות (Funt) כולל גם תגמולים מלאים של כוח עליון (Cuncunator) אשר כוללים גם כן) ו-Funator:

השפעה של פילטר Active Topology על מערכת Power

יציבות מערכת החשמל מוגדרת באופן רחב כהיכולת של המערכת לשמור על פעילות סינכרונית ומתח מקובל / קידוד גבולות לאחר הפרעה. פילטרים פעילים לתרום לכל שלוש קטגוריות המוגדרות על ידי IEEE / CIGRE - יציבות זווית, יציבות מתח ויציבות תדירות - על ידי מתן פיצוי אלקטרוני מהיר, שליטה כי מכשירים מכניים (כמו בנקים או שינויים ברז) לא יכולים להתאים.

תקנות ובקרת כוח תגובתית

(הפילטרים הפעילים של שנט יכולים להזריק או לספוג כוח תגובתי על בסיס מחזורי-על-ידי מחזורי, לעזור לווסת מתח במחשב PCC. זה חשוב במיוחד במערכות הפצה עם חדירה גבוהה של PV השמש, שבו זרימת הכוח לאחור עלולה לגרום לעומס יתר, או ברשת חלשות שבה שינויים פתאומיים מייצרים דיפרציות מתוחות (Rate) על ידי התאמת השלב והגודל של זרם הנוכחי, הפילטר הפעיל, תוך הקטנת המתח בתוך גבולות ה-FIE) אשר הראו כיבוד של פעילות ב-FIE-FDC (CDC) אשר משפרת לחץ פעיל:

דמים כוח אוקסיליה

(הההתרגשות האלקטרומיים (0.1–2 הרץ) בין גנרטורים יכולים לאיים על יציבות המערכת.בעוד שמערכת החשמל מייצבת (PSS) בגנרטורים סינכרוניים הם אמצעי המניע העיקרי, המסננים הפעילים המצויים בצומת אסטרטגי יכולים לספק תוספת של מחסנים (Fential Reactive Power) אך ורקדמים משמעותיים של המערכת ה-Fer (מחדשת) LTs-Fer) LT-Fer) LTs-Fer (מחדשהתיקים ב-Fer) LTs) LT2, אך ורק לאחר שעדיין מנטרלמחדשהתיקים ב-Fentidiftive ReLTs) הוא LTs) על ידי אימותים (מחדשהאפקטיביים) על ידי LTs:

Fault Ride- Through and Transient Support

קודים מודרניים דורשים משאבי אנרגיה מבוזרים (DERs) להישאר מחוברים במהלך הפרעות מתח - יכולת המכונה רכיבה על תקלות (FRT) מסנן פעיל יכול לעזור על ידי הזרקת זרם פעיל במהירות כדי לתמוך התאוששות מתח במהלך תקלות. בסדרה מסנן פעיל סינון מסנן פילטרים, מסנן יכול גם להגביל את הדימום הנוכחי על ידי הוספת מתח מגובש שמנוגד לפתם.

השפעה של פילטרים יעילים באיכות הכוח

איכות כוח כוללת מגוון רחב של תופעות אלקטרומגנטיות, כולל הרמוניות, אורקולוניות, תנודות מתח (flicker), טראנסים, ולא מאוזנים. פילטרים פעילים מתאימים במיוחד כדי לטפל במספר בעיות PQ בו זמנית בגלל רוחב הפס הרחב שלהם ובקרת התוכנית.

חיקוי הרמוני

עומסים לא ליניאריים כגון diode Retifiers, thyristor להמיר, והחלפת אספקת כוח מחוספסת זרמים מעוותים (הנזקים האלה גורמים להפסדים נוספים בהתמרנים ומנועים, שיתוף פעולה לא נכון של ממסרי הגנה, והתערבות במערכות תקשורת (DAB) Active Synt Active Synt דיווח על ידי מדידה של המרכיבים ההרמוניים (באמצעות אלגוריתמים כגון פילטרים או תגובה) שכמעט 100% של אספקת חומרים מ-FD (מתקני שימוש ב-F) הופך ל-D) ל-D) ל-SNUMDNSD (מסמך פילטרים פעילים תחת פילטרים פעילים ב-D) ל-D) ל-CDC) ל-SNUMD (מדווחים פעילים תחת מדידה של חומר הפחתת פילטרים (מדווחים באופן קבוע של לנטרל את הפילטרים פעילים ב-D) ל-D) מ-DS (מתקני בקרה עדכניים פעילים ב-D) מ-DSNS DNUM DVIDNSRUSSNUM DVS (מדווחים פעילים תחת מדידה של מוטציות) ל-DS (מדווח על ידי מדידה של חומר

המונחים: Broadband Compensation

בקרים מתקדמים לסנן יכולים לכוון הרמוניות ספציפיות (למשל, 5, 7, 11th) או לפצות על טווח תדר רחב (עד 2-3 kHz) פיצוי מספק שימושי כאשר תדרי resonance ידועים, בעוד פיצוי פס רחב הוא פשוט יותר מכסה את כל הרמוניות משמעותיות.

כוח תגובתי ותפקוד כוח תיקון

בעוד בנקים קיבולטור מסורתיים מספקים פיצוי כוח תגובתי קבוע, מסננים פעילים יכולים לשנות באופן רציף את תפוקת הכוח תגובתי.זה חיוני ליישומים עם עומסים משתנים במהירות, כגון כריתת קשת או מ"ל מתגלגל, שבו גורם כוח יכול לנתק בין 0.4 ליטר ל- 0.95 בתוך שניות.הפילטר הפעיל שומר על גורם כוח מטרה (למשל 099) על ידי הסרת גורם כוח מוביל או ירידה של כוח בפועל) ירידה של ירידה של ירידה של 0V.

Flicker Mitigation

טפטוף (Volage flicker) - וריאציות קצביות בעוצמת האור - נגרמת על ידי שינויים עומס סטוצ'יסטיות, במיוחד בפרשת קשת, טורבינות רוח, ופילטרים גדולים יכולים להחליק את התנודות האלה על ידי סופג או לשחרר כוח תגובתי בזמן אמת.הלאה הבקרה חייבת להיות מהירה מאוד (זמן תגובה מתחת 5 מ"מ) כדי לעקוב אחר תדירות flicker (עד 30 חומרת).

תיקון לא מאוזן

עומסים לא מאוזנים (למשל, מערכת חד-פעמיים או תאורה) יוצרים זרמי שקיפות שליליים שגורמים להתחממות נוספת במנועים ובגנרטורים ויכולים לצאת למכשירים מוגנים.פילטרים פעילים שואינט יכולים להזריק זרמים מתואמים מחדש את מערכת שלושת הphase. על ידי שליטה בכל שלב באופן עצמאי, המסננים מבטיחים שהאספקה הנוכחית תישאר סימטרית גם כאשר העומס הוא רגיש במיוחד לדחפים אלה.

יתרונות לצרכנים ולחוסנים

פריסת טופולוגיה פעילה מספקת יתרונות מוחשיים המשתרעים על פני שרשרת הערך - ממשתמשים תעשייתיים גדולים ועד כלי הפצה ובסופו של דבר כדי לסיים את הצרכנים.

יעילות מוגברת וצמצום זמן

מתח יציב וזרם נקי להפחית את הסיכון של טיול ניואנס של פורצים, חימום יתר של המשתנים, וכישלון של חשמל אלקטרוניקה. עבור צמחי ייצור למחצה או מרכזי נתונים, אפילו מתח אחד חבל יכול לעלות מאות אלפי דולרים בפילטרים פעילים מספקים את התיקון המהיר הדרוש כדי לשמור על מתקנים קריטיים אלה באינטרנט.

עלויות תחזוקה נמוכות והפעלה

על ידי חיסול עומסי נזק ואיזון, מסננים פעילים להאריך את החיים של בנקים, כבלים, ומכשירים רוטטים.לחץ בידוד מוטורי מופחת, ונושא זרמים (התוצאה על ידי מתח משותף מ VFDs) מצטמצם. מחקרים מראים ירידה של 20–40% בעלויות תחזוקה חשמליות לאחר התקנת סינון פעיל במסגרות תעשייתיות כבדות.

המונחים: Compliance

קודים גריידיים כגון IEEE 519 (ארה"ב), IEC 61000-3-6 (אירופה), וג'יגה-ט 14549 (סין) כופים מגבלות חמורות על פליטות הרמוניות וריאציות מתח.פילטרים פעילים מאפשרים למתקנים לעמוד בסטנדרטים אלה מבלי לעצב מחדש מערכות כוח פנימיות. Compliance נמנע מעונשים ואור ירוק חדש.

תמיכה באינטגרציה של אנרגיה מתחדשת

משווקים סולריים וממירי טורבינות רוח מייצרים הרמוניות ודורשים תמיכה בכוח תגובתי.פילטרים פעילים המסוימים בנקודת החיבור יכולים לחלק את תפוקת החשמל ולתחזק איכות המתח.זה קריטי עבור תרחישים גבוהים שבהם פיצוי קונבנציונלי אינו מספיק.הפרויקט של האיחוד האירופי Horizon 2020 "FLEX" הראה כי מקבצי מסננים פעילים בקנה מידה זה יכול לאפשר להפחתה של 50% ברשת ללא יכולת תפוצה משמעותית (pIS)

אתגרים ושיקולים בטופולוגיה

בעוד מסננים פעילים מציעים הטבות משכנעות, מהנדסים חייבים לשקול מספר גורמים בעת בחירת הטופולוגיה המתאימה ליישום ספציפי.

עלויות ודירוג

מסננים פעילים שונט הם בדרך כלל יעילים יותר עבור פיצוי מבוסס נוכחי, בעוד מסננים סדרה דורשים מהפך גדול יותר וטיפול של עומס הנוכחי, עלייה עלות ההוריטרית איזון זה על ידי שיתוף הנטל בין שלבים פסיביים ופעילים.עבור כוח גבוה מאוד (מעל 10 מוואט), מסנן פעיל טהור עשוי להיות לא כלכלי, מה שהופך להתנצלות על הבחירה המועדפת.

שליטה ב Complexity

מסננים סדרה דורשים שליטה מתוחכמת יותר כדי להימנע מחוסר יציבות במהלך המשתנים וכדי להבטיח לעקוף את העקיפה בטוחה במהלך תקלות.פילטרים שואינט פשוט יותר מקלקל את השליטה הנוכחית, אך יכול אינטראקציה עם מסננים פסיביים הקיימים ברשת, מה שמוביל להחלמה אם הבקר אינו מתאים כראוי.

החלפת הפסדים ויציבות

מסננים פעילים מציגים הפסדים מהחלפת והתנהלות למחצה.יעילות טיפוסית נעה בין 96 ל-98.5%, בעוד שזה גבוה, יש לשקול את ההפסדים המונעים על ידי שיפור איכות הכוח. במקרים רבים, את החיסכון מהפסדים מופחתים בכבלים והופכים את העודף על ההפסדים של המסנן הפעיל עצמו.

חלל ומגניב

מסננים פעילים מייצרים חום ודורשים קירור או נוזל נאות, במיוחד בדירוג מעל 500 מגבלות שטח ב רטרופיט יכול להיות גורם מגביל.תקני פס רחב חדש (SiC, GaN) מתחילים להפחית את דרישות הגודל והקירור, אבל הם עדיין יקרים יותר.

מגמות עתידיות ב Active Filter Topology

העשור הבא יראה מסננים פעילים מתפתחים ממכשירים עומדים לתוך מרכיבים משולבים של אדריכלות רשת חכמה.כמה מגמות מפתח מעצבות את האבולוציה הזו.

אינטליגנציה מלאכותית ושליטה חיזוי

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לצפות לטענות פרופילים והפרעות רשת, המאפשרים לפילטר הפעיל להתאים את אסטרטגיית הפיצויים שלו.מחקרי כוח מחדש נחקר כדי לייעל את הסחר בין דיכוי הרמוני לבין החלפת הפסדים בזמן אמת. ניסויים מוקדמים במיקרו-grids מראים שיפור של 15-25% בהשוואה לבקרי PI קונבנציונליים.

עיצובים מודולריים ו Scalable

יצרנים עוברים לעבר תאי סינון פעילים מודולריים (למשל, 50 בלוקים בניין kVA) שניתן מקבילים להשגת דירוגים גבוהים יותר.זה מקטין עלויות הייצור ותחזוקת הסימולציות – אם מודול אחד נכשל, המערכת ממשיכה לפעול בקיבולת מופחתת.

שילוב עם אחסון אנרגיה

שילוב פונקציונליות מסנן פעילה עם מערכות אחסון אנרגיה סוללה (BESS) יוצר מכשיר רב תכליתי שיכול לספק איכות חשמל תיקון, שיא גילוח, ותדירות רגולציה. BESS משמש כ-buffer אנרגיה, המאפשר מסנן פעיל להזריק כוח פעיל עבור תמיכה מתח קצר טווח או לפצות על flicker. זה "איכות + אחסון" מושג הוא צובר מבנים מסחריים ומוסדיים.

רשתות גריידיות Active Filters

רוב המסננים הפעילים כיום פועלים במצב מעקב ברשת, בהנחה שפניית מתח קיימת.התכנת רשת להתנצלות יכולה באופן אוטונומי לבסס את המתח והתדירות במיקרו-צמחים או תרחישים שחורים.פילטרים מתקדמים אלה משתמשים בשליטה על droop או באלגוריתמים וירטואליים של מכונה סינכרונית (VSM), מתנהגת ביעילות כמו גנרטור קטן.עבור מערכות מאוישות, מסנן פעיל ברשת יכול לשמור על מתח פעיל יכול גם כן, תוך כדי ביטול של פגיעה יציבה ופגיעה הדדית - גם כן.

מסקנה

פילטר פעיל עבר מפתרון נישה להפחתה הרמונית לאבן הפינה של ניהול מערכת החשמל המודרנית.בין אם הוא מיושם כ- shunt, סדרות או תצורה היברידית, מכשירים אלה מספקים שיפורים הניתנים למדידה ביציבות המערכת (תקנות ייבוש, אווסיביציה ספציפית לחבית, תמיכה) ואיכות הכוח (הפחתה הרמונית, בקרה תגובתית, צמצום כוח, אופטימיזציה לטכנולוגיות תעשייתיות), יש צורך בתקני בקרה נמוכה יותר, כדי להפחית את יעילות גבוהה יותר.