Активные фильтры гармоник АФГ последовательного подключения в силовую сеть объекта. Гибридные фильтры гармоник как альтернатива АФГ и пассивным фильтрам.
В отличие от шунтирующих пассивных и активных фильтров гармоник «series» АФГ подключаются в силовую сеть последовательно с нагрузкой через согласующий трансформатор.
В качестве управляемого источника генерации токов в противофазе используется преобразователь на базе инвертора напряжения (voltage source inverter – VSI), т.е. принципиальная конфигурация последовательного APF аналогична шунтирующему АФГ за исключением того, что катушка индуктивности в схеме шунтирующего фильтра заменена трансформатором, выступающим в роли резистора с высоким импедансом и в теории блокирующим обмен гармониками между источником и нелинейной нагрузкой.
Основным сдерживающим фактором применения таких АФГ является необходимость выдерживать большие токи нагрузки, т.е. мощность, как трансформатора, так и силового блока АФГ должна быть значительной, а это предопределяет высокую мощность (и, соответственно цену) тех же биполярных транзисторов IGBT.
В качестве преимуществ «series» АФГ заявляют полную блокировку гармонических возмущений выше места подключения и отсутствие эмиссии в сеть гармоник собственным преобразователем благодаря сопряжению через трансформатор. Однако в действительности любой силовой трансформатор перегенерирует гармоники, что объясняет текущие актуальные проблемы трансмиссии гармоник из распределительной в потребительские (абонентские) сети и обратно, т.е. сеть выше места подключения АФГ априори будет засоряться гармониками от преобразователя и в идеале необходима дополнительная защита от гармонических искажений.
Наряду с этим, series АФГ очень эффективны в нивелировании гармоник напряжения и поэтому зачастую являются оптимальным решением защиты чувствительного к стабильности напряжения оборудования (например, устройств защиты энергосистемы).
Гибридные фильтры гармоник, как альтернатива АФГ и пассивным фильтрам
Гибридные фильтры гармоник разрабатываются для устранения проблем, характерных для пассивных и/или активных фильтров, включая:
- наброс токов гармоник в сеть преобразователями АФГ;
- очень высокую стоимость АФГ из-за большой цены на IGBT транзисторы, которых в силовом блоке (упрощенно) должно быть не меньше, чем порядков частот нивелируемых гармоник и с мощностью, определяемой амплитудой гармонических токов (включая реактивные тока фундаментальной частоты для генераторов реактивной мощности – SVG);
- ограниченный диапазон работы пассивных фильтров (по факту каждая гармоника – отдельное звено резонансного шунтирующего фильтра) и малая эффективность полосовых фильтров, особенно при демпфировании гармоник высоких порядков;
- сбои и некорректная работа программно-логических контроллеров (ПЛК) для управления АФГ из-за шума коммутационной частоты при работе вентилей силового блока инвертора и т.д.
В целом основная идея гибридных фильтров заключается в использовании пассивного фильтра гармоник для подавления гармоник низких порядков, как правило, имеющих самые большие амплитуды, и АФГ, который будет работать только с интер-, сверх-, гармониками выше 13-15 порядка, а значит его мощность может быть небольшой, а цена доступной.
Т.е. в целом гибридные APF, унаследовав преимущества как пассивных фильтров, так и АФГ, обеспечивают достаточно высокую эффективность нивелирования гармоник широкого спектра, но в экономически выгодных решениях.
