Giriş: Modern Güç Sistemleri Üzerine Büyülü Talepler

Güvenilir elektrik tedariki, endüstriyel ekonomilerin arka kemiği, veri odaklı işletmeler ve günlük yaşam. Güç ağları dağıtılmış nesil, yenilenebilir enerji kaynaklarına ve doğrusal olmayan yüklere yol açıyor, iki önemli performans göstergeleri giderek daha kritik hale geldi: 0,0, güç sistemi stabilitesi[Döneticiler ve enerji verimliliğine bağlı olarak)[Döneticileri ve en etkili çözümlerin nasıl elde edileceğine göre, yüksek çözünürlükte olan bu yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan ve en etkili çözümlerin en etkili çözümlerin ve en etkili çözümlerin yer aldığına göre, yüksek çözünürlükte yer alıyor.

Active Filter Topology

Aktif filtre topoloji, elektrik şebekelerindeki rahatsızlıkları iptal etmek için -tipik olarak gerilim-kaynak dönüştürücüler (VSIs), kontrol sistemleri ve darbe elemanları - bu aktif olarak mevcutları veya gerilimleri aktif olarak enjekte eder.Bu uyumsuzluk, sabit ayarlı devrelere dayanan geçici devrelere güvenir ve yalnızca özel harmonik frekanslara göre etkili olur.

Aktif Filtrelerin Temelleri

Özel topoloji ne olursa olsun, her aktif filtre birkaç temel bina bloğu içeriyor:

  • [FONT=0)Power aşama[Dönem: 1) IGBTs veya MOSFET ile inşa edilen üç fazlı veya tek fazlı bir inverter, yüksek frekanslı tazminat dalgalarını sentezleyebilmek.
  • [FONT:0] Pasif darbe elemanları[[Döncüler, kapasitörler veya dönüştürücüler, dönüştürücüleri güç sistemine bağlar ve geçiş-freze bileşenlerinin filtrelemesini sağlar.
  • [FONT:0]Sensor ve ölçüm sistemi[Dönetici: 1) Gerçek zamanlı elektrik parametrelerini ortak darbe noktasından alan gerilim ve mevcut transdüserler (PCC).
  • [FONT=0) Dijital kontrol ünitesi[DÜDÜT:1] – A DSP, FPGA veya mikrokontrol algoritmaları çalışan algoritmaları (örneğin, anlık güç teorisi, senkronizasyonlu referans çerçevesi veya rezonans kontrolleri) gerekli tazminatları hesaplamak için.
  • [FONT:0]Gate sürücüsü ve koruma devreleri[Dönetici:0)[Düzücüler: Güvenli geçiş ve hata işleme.

Aktif Filtre Topolojileri

Üç büyük topoloji dersi, her biri farklı yetenekler ve uygulama nişleri ile hizmet eder:

1. Shunt Active Filtre

Shunt aktif filtreler (SAF) yük ile paralel olarak bağlantılıdır. Harmonik akımları eşit büyüklüktedir, ancak değişken olmayan yükler (VFD) gibi yük devretmeler, kaynak ekipmanı ve rezonanslar gibi endüstriyel tesislerde özellikle de en yaygın olarak kullanılan topolojidir.

2. Serisi Aktif Filtreler

Seri aktif filtreler (SeAFs) tedarik ve yük arasında bir darbeci ile yerleştirilir. öncelikle gerilim ile ilgili rahatsızlıklar telafi etmek için kullanılırlar - bilgeler, swells, notches ve dengesiz yükler - bir hesaplama gerilimi sağlamak için üstoloji hassas yükler korurlar.

3. Hybrid Filtreler

Hibrit aktif filtreler hem shunt hem de seri aktif filtre modüllerini birleştirir veya aktif bir filtreyi pasif bileşenlerle entegre eder.Bu topoloji her birinin güçlü kuvvetlerine ihtiyaç duyar: seri kısmı gerilim rahatsızlıklarını azaltır, ancak shunt partleri mevcut harmonikler ve reaktif güçlerle çalışır.), özellikle de tek bir aktif filtrenin pahalıya mal olan yüksek enerji uygulamaları için caziptir.

Güç Sistemi İstikrarı Topolojinin Etkisi

Güç sistemi istikrarı, sistemdeki senkronizasyonu ve kabul edilebilir gerilim/frezeliklerin bir rahatsızlıktan sonra bağlı olarak geniş ölçüde tanımlanır. Aktif filtreler IEEE/CIGRE tarafından tanımlanan üç kategoriye katkıda bulunur - yük stabilitesi ve frekans istikrarı - hızlı, kontrol edilebilir elektronik tazminat sağlayarak - mekanik cihazlar (örneğin kapasitör bankaları veya musluk değiştiriciler gibi) maça katkıda bulunamaz.

Gerilme Yönetmeliği ve Reaktif Güç Kontrolü

Shunt aktif filtreler, geri yükleme akışlarının aşırı yüklenmesine veya zayıf ızgaralara neden olabilir, şu anda voltaj ayarlamasına yardımcı olur.Bu özellikle yüksek çözünürlükte yüksek miktarda güneş enerjisinin yayılmasında değerlidir, geri yükleme noktalarının aşırı yüklenmesine neden olabilir.

Güç Oscillations

Elektromekanik osilasyonlar (0.1-2 Hz) jeneratör rotorları arasındaki farklar sistem stabilitesini tehdit edebilir.Dörtücük jeneratörlerde düşük frekanslı osilatörler, stratejik düğümler ile ilgili temel önlemler hala ortaya çıkıyor, ancak aktif filtreler, üst düzey optik devreler ile birlikte çalışır.[değiştir | kaynağı değiştir]

Hata Ride-Through ve Transient Support

Modern grid kodları, gerilim rahatsızlıkları sırasında bağlantıya geçmek için dağıtılmış enerji kaynakları (DERs) gerektirir - hata yoluna karşı çıkan bir sabit gerilim (FRT) ile hızla komşu yemlemelerine yardımcı olabilir. özellikle de, bir dizi aktif filtre topolojide, filtre aynı zamanda hata yoluna karşı çıkan bir yük devresini devreterek sınırlayabilir.Bu da normal/sağlık düzeltme modundaki stresi azaltır ve komşu beslemeye engelleyicileri engeller.

Güç Kalitesinde Aktif Filtre Topoloji Etkisi

Power kalitesi, harmonikler, interharmonikler, gerilim dalgalanmaları (flicker), geçiciler ve dengesiz olmayanlar dahil olmak üzere geniş bir elektromanyetik fenomen yelpazesini kapsar. Aktif filtreler, aynı anda çok sayıda PQ sorununu ele almak için eşsiz bir şekilde uygundur.

Harmonic Mitigation

İndüktörler ve motorlar gibi doğrusal olmayan yükler, iletişim sistemleri ile ilgili olarak aktif filtreler, harmonik bileşenleri (örneğin, senkronizasyonlar gibi) ve tespit edilen bir IEEEC'ye eklediğiniz ve tespit edilen bir IEEE'ye ek olarak, tespit edilen istemcileri kullanarak, iletişim sistemleri ile ilgili olarak aktif filtreler çalışır.

Seçici vs. Broadband Compensation

Gelişmiş aktif filtre kontrolörleri belirli harmonikleri hedefleyebilir (örneğin, 5th, 7th, 11th) veya geniş frekans aralığındaki ayarlamaları telafi edebilir (örneğin, 2-3 kHz).

Reaktif Güç Dengesi ve Güç Faktörü Düzeltme

Geleneksel kapasitör bankalar sabit reaktif güç tazminatı sağlarken, aktif filtreler sürekli olarak reaktif güç çıktısını değiştirebilir.Bu, hızla değişen yüklerle, örneğin yay fırınları veya yuvarlanmış değirmenleri, güç faktörünün 0.4 mil ve 0.95 arasında artmasını sağlar. Aktif filtreler de bir hedef güç faktörüdür (örneğin, 0.99) gerektiğinde yol kataraktlı veya kaldırım.

Flicker Mession

Lazer flicker - ışık yoğunluğunda ritmik varyasyon - stoklama değişikliklerine neden oldu, özellikle de ark fırınlarında, rüzgar türbinlerinde ve büyük motorlar, bu dalgalanmaları gerçek zamanlı olarak absorbe ederek veya serbest bırakmadan düzeltebilir. Kontrol döngüsü, yükün altındaki yüksek çözünürlükte çok hızlı olmalıdır.

Gerilmeden Doğru

Parasız yükler (örneğin, tek fazlı çekiş veya aydınlatma), yüklerin motorlarda ve jeneratörlerde ek ısıtmaya neden olan mevcutları ve koruyucu cihazlar için seyahat edebilir. Shunt aktif filtreler üç fazlı sistemi yeniden dengeleyebilir.Her aşaması kontrol ederek, filtre, yükün ağır ölçüde dengesiz olduğu zaman bile simetrik kalmasını sağlar.Bu özellikle hassas ekipman için önemlidir.

Tüketiciler ve Utilities için Faydaları

Aktif filtre topolojinin dağıtımı, değer zincirinde uzatan somut avantajlar sunar - büyük endüstriyel kullanıcılardan dağıtım hizmetlerine ve nihayetinde tüketicilere son vermek için.

Geliştirilmiş Güvenilirlik ve Downtime'yı Azaltma

Stabil gerilim ve temiz akım, kırıcıların aşırı ısınması ve güç elektroniklerinin başarısızlığını azaltmaktadır. Yarı iletken üretim tesisleri veya veri merkezleri için, hatta tek bir gerilim bilgesi, kayıp üretimde yüzlerce dolara mal olabilir. Aktif filtreler, bu kritik tesisleri online tutmak için gerekli olan hızlı düzeltmeyi sağlar.

Düşük Bakım ve İşletim Maliyetleri

harmonikleri ve dengeleme yüklerini ortadan kaldırmakla, aktif filtreler, ağır endüstriyel ortamlarda aktif filtre yüklemelerini takiben 20-40% azaltımı gösterir. Motor yalıtım stresi azaltılır ve mevcutları taşır (çünkü VFDs'ten ortak mod gerilimi ile).

Düzenleme

IEEE 519 (USA) gibi çubuk kodları, IEC 61000-3-6 (Avrupa), ve GB/T 14549 (Çin) harmonik emisyonlar ve gerilim varyasyonları konusunda katı sınırları zorlar. Aktif filtreler, bu standartları içsel güç sistemleri tasarlamadan karşılama olanak sağlar.

Yenilenebilir Enerji Entegrasyonu Desteği

Güneş dönüştürücüleri ve rüzgar türbinleri dönüştürücüler harmonikler üretir ve reaktif güç desteği gerektirir. Interconnection noktasında kullanılan Active filtreler, güç kalitesinden ödün vermeden ve gerilim kalitesini koruyabilir.(CORDIS FLEXIT Project)[Döneticisel tazminatın yetersiz olduğu senaryolar[Dönetici Horizon 2020 projesi “FLEXIT” .

Topoloji Seçme ve Değerlendirmede Meydanlar

Aktif filtreler zorlayıcı faydalar sunarken, mühendisler belirli bir uygulama için uygun topolojiyi seçerken birkaç faktör tartmalıdır.

Maliyet ve Puan

Shunt aktif filtreler genellikle mevcut tazminat için daha maliyetlidir, ancak seri filtreler daha büyük dönüştürücüler gerektirir ve tam yük akımını kullanarak, artan maliyetle dengeler. Hybrid filtreler, pasif ve aktif aşamalar arasındaki yükü paylaşarak bunu dengeler.For very high power (above 10 MVA), saf aktif bir filtre tercih edilen seçim olabilir.

Kontrol Kompleksi

Serisi filtreler geçiciler sırasında dengesizliğe karşı daha sofistike bir kontrol talep eder ve hata sırasında güvenli bir şekilde atlanmaları sağlar. Shunt filtreler daha basit bir mevcut kontrole sahiptir, ancak ağdaki pasif filtrelerle etkileşime girebilir, kontrol düzgün bir şekilde ayarlanmamışsa yeniden etkileşime girebilir. Modern dijital kontroller bu riskleri azaltır, ancak komisyonlama uzman ayar gerektirir.

Kayıpları ve Verimliliği

Aktif filtreler yarı iletken geçiş ve iletimden kayıpları ortaya koyar. Tipik verimlilik% 96 ila 98.5% arasında değişir.Bu yüksek olsa da, gelişmiş güç kalitesi tarafından kaçınılan kayıplara karşı ağırlık verilmelidir.Birçok durumda, kablolarda kayıp tasarruflar ve dönüştürücüler aktif filtrenin kendi kayıpları aşıyor.

Uzay ve Soğutma

Aktif filtreler ısı yaratır ve yeterli havalandırma veya sıvı soğutma gerektirir, özellikle de 500 kVA. Uzay kısıtlamaları retrofitlerde sınırlı bir faktör olabilir. Yeni geniş bantgap cihazları (SiC, GaN) boyut ve soğutma taleplerini azaltmaya başlıyor, ancak hala daha pahalı.

Önümüzdeki on yıl, aktif filtreler, tek bir cihazdan akıllı ağ mimarisinin entegre bileşenlerine evrimleşen olarak görecek. Birkaç önemli trend bu evrimi şekillendiriyor.

Yapay Zeka ve Tahminsel Kontrol

Makine öğrenme algoritmaları profilleri ve şebeke rahatsızlıklarını tahmin edebilir, aktif filtrenin tazminat stratejisini önceden ayarlamasına izin verir. Dondurma öğrenme, ticaretle gerçek zamanlı olarak uyum sağlama ve geçiş kayıpları arasındaki ticareti optimize etmek için araştırılır. Mikrogrids'taki erken denemeler, geleneksel PI kontrolörlerine kıyasla% 15-25 oranındaki verimlilik artışı gösterir.

modüler ve Scalable Designs

Üreticiler modüler aktif filtre hücrelerine doğru değişiyor (örneğin, 50 kVA bina blokları) daha yüksek puanlara ulaşmak için paralel olarak görünüyor. Bu, üretim maliyetlerini azaltır ve bakımlarını basitleştirir - bir modül başarısız olursa, sistem daha düşük kapasitede çalışır. Modüler serisi hibritler de orta gerilim uygulamaları için ortaya çıkıyor, cascaded H-bridge inverterleri kullanıyor.

Enerji Depolama ile entegrasyon

Pil enerji depolama sistemleri ile aktif filtre işlevselliğini birleştirmek (BESS), güç kalitesi düzeltme, zirve tıraşlığı ve frekans düzenlemeleri sağlayabilir. BESS, aktif filtrenin kısa vadeli gerilim desteği için enjekte etmesine veya flicker için telafi etmesine olanak tanır. Bu “güç kalitesi + depolama” konsepti ticari ve kurumsal binalarda yol katmaktadır.

Grid-Forming Active Filtre

Bugün en aktif filtreler, mevcut bir gerilim referansı varsayıyor. Gelişmiş ızgaralar için, ağ bilgilendirme sistemleri, mikrogridlerde veya kara başlangıç senaryolarında gerilim ve frekansı bağımsız olarak sağlayabilir.Bu gelişmiş filtreler droop kontrolü veya sanal senkronizasyon algoritmaları kullanır, etkili bir şekilde küçük bir jeneratör gibi davranır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Aktif filtre topoloji, modern güç sistemi yönetiminin temel taşına uygun bir şekilde işlem için bir niş çözümden taşındı.Sürücük konfigürasyonlar, seriler veya karma yapılandırmalar, bu cihazlar hem sistem stabilitesinde ölçülebilir gelişmeler (scillation baraj, hata desteği) ve güç kalitesi (harmonik azaltım, reaktif güç kontrolü, flicker mitigation) Endüstri tüketiciler için, finansal geri dönüş, daha uygun bir şekilde sabit bir şekilde kontrol etmek için daha iyi bir şekilde ilerleme sağlar.