Анонс: Особенности современных силовых сетей и активные фильтры гармоник. Как работает активный фильтр гармоник. Дополнительные «проблемы» активных фильтров гармоник.
С развитием технологий нагрузки в энергосистеме стали разнообразнее, а под влиянием полупроводниковой техники, которая бурно развивается в последние годы, наблюдается значительное увеличение нелинейных нагрузок, генерирующих большой спектр гармонических искажений. Причем современное оборудование с нелинейными характеристиками наряду с расширением спектра генерируемых и мигрирующих по сети гармоник становится более чувствительным к изменениям параметров качества электроэнергии, а производственно-технологические процессы требуют жесткого и почти «мгновенного» контроля и коррекции в рамках систем автоматического или автоматизированного управления.
В целом это обусловило появление на рынке различных разработок активных фильтров гармоник (АФГ, Active Harmonic Filters) с разными маркетинговыми названиями, но имеющих практически один принцип действия.
Как работает активный фильтр гармоник.
Как уже отмечалось в материалах цикла статей от компании «МИРКОН» «О реактивной мощности и гармониках для дилетантов в электроэнергетике», гармоники (упрощенно) – те же синусоиды тока, напряжения, но с другим периодом (повторением) и амплитудой, которые искажают синусоиду фундаментальной частоты (см. рис. ниже).
Искажающий гармонический ток можно убрать:
- «заманив в ловушку» пассивного фильтра более низким сопротивлением на частоте гармоники, ведь ток всегда идет по пути наименьшего сопротивления;
- «вбросив в сеть противоток», т.е. ток с кривой синусоиды, обратной синусоиде искажающей гармоники, что «обнулит» гармоническое искажение.
По второму способу построены активные фильтры гармоник – (упрощенно) генераторы противотоков на частотах гармонических искажений, однако эти устройства должны и отслеживать, и генерировать противотоки почти мгновенно (в рамках полупериода синусоиды), а это возможно только в случае, если АФГ построен на быстродействующих полупроводниковых ключах (в основном используются биполярные транзисторы IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors).
По факту любой АФГ вне зависимости от его маркетинговой подачи - преобразователь-инвертор с силовым и контролирующим блоками на биполярных транзисторах, которых в сборке тем больше, чем шире спектр подавляемых гармоник, но IGBT очень недешевые и тем дороже, чем выше их мощность. Т.е. чем больше транзисторов и выше мощность АФГ, тем более дорогое устройство, причем цена обычно «накладная» даже для крупных объектов развитых компаний, а типовой подход производителей – реализация пакетных АФГ, ориентированных на подавление спектров гармоник до 24 или до 49 порядков, причем часто с уже «заложенной в АФГ» возможностью компенсации реактивной мощности на фундаментальной частоте.
Дополнительные «проблемы» активных фильтров гармоник.
Подход к пакетным устройствам активной фильтрации гармоник является не единственной проблемой использования АФГ на объекте. Так, АФГ предлагаются параллельного и последовательного подключения в силовую сеть, однако при последовательном подключении через фильтр должна передаваться вся мощность нагрузки, что делает его цену буквально заоблачной.
Кроме того:
АФГ чистит сеть «выше» точки подключения, а «ниже» коммуникации и оборудование «забрасываются» токами и противотоками гармоник; максимально «щадящая» в финансовом аспекте интеграция АФГ – непосредственно у нагрузки, генерирующей гармоники, но если таких нагрузок несколько, то суммарная стоимость фильтров может превысить покупку одного мощного для группы оборудования. Однако в этой ситуации весь сегмент силовой сети с группой нагрузок будет нагружен «гармониками и антигармониками», что далеко не всегда целесообразно и особенно в случаях, если сеть «цифровая», т.е. под управлением АСУ.
Наряду с этим, у АФГ нет проблем с резонансами, как у пассивных фильтров гармоник, они обеспечивают практически полное устранение гармонических возмущений в широком спектре и при быстроизменяющихся параметрах нагрузок, а при профессиональном обслуживании демонстрируют хорошую надежность и долговечность.
Остается пока надеяться, что со временем наши разработчики смогут предложить активные фильтры гармоник, разрабатываемые под конкретную силовую сеть с определенным (минимальным) спектром гармоник, что позволит сделать АФГ финансово доступными и, что немаловажно, ремонтопригодными (если они будут выпускаться в нашей стране из отечественных комплектующих).
