Harmonic Mitigation Techniques Angewandt auf Power Distribution Networks

Quelle: Fortschritte in der Leistungselektronik
Volumen 2013 (2013), Artikel-ID 591680, 10 Seiten
http://dx.doi.org/10.1155/2013/591680
Hussein A. Kazem

Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Sohar Universität, P.O. Box 44, 311 Sohar, Oman

Academic Editor: Um Y. Kanaan

Abstrakt

Einschließlich der aktiven und passiven Methoden Eine wachsende Anzahl von harmonischen Minderungstechniken sind jetzt verfügbar, und die Auswahl der am besten geeignete Technik für einen bestimmten Fall kann eine komplizierte Entscheidungsprozess sein. Die Leistung einiger dieser Techniken ist weitgehend abhängig von Systembedingungen, während andere erfordern eine umfangreiche Systemanalyse auf die Resonanzprobleme und Kondensatorausfall verhindern. Eine Klassifikation der verschiedenen verfügbaren harmonischen Minderungstechniken wird in diesem Papier auf eine Überprüfung der für Oberschwingungsminderung Methoden, um Forscher richten vorgestellt, Designer, und Ingenieure, die sich mit Energieverteilungsanlagen.

1. Einführung

Die nichtlinearen Eigenschaften der vielen industriellen und kommerziellen Lasten wie Stromrichter, Leuchtstofflampen, Computer, Lichtdimmer, und Motorantriebe mit variabler Drehzahl (VSDs) in Verbindung mit Industriepumpen verwendet, Fans, und Kompressoren sowie in Klimaanlagen haben der harmonischen Verzerrungen ein gemeinsames Auftreten in der elektrischen Energienetze gemacht. Oberschwingungsströme durch einige dieser Lasten injiziert sind meist zu klein, um eine signifikante Verzerrung in Verteilungsnetzen verursachen. Jedoch, wenn in großer Zahl, der kumulative Effekt hat die Fähigkeit, zu schweren harmonischen Verzerrungsniveaus,. Diese müssen in der Regel nicht stören die Endbenutzer-elektronischen Geräten, so viel sie überlasten Nullleiter und Transformatoren und, im Allgemeinen, zusätzliche Verluste verursachen und reduzierten Leistungsfaktor [1-5]. Große industrielle Wandler und Regelantriebe auf der anderen Seite sind in der Lage zur Erzeugung von signifikanten Mengen von Verzerrung am Verknüpfungspunkt (PCC), wenn andere Benutzer mit dem Netzwerk verbunden ist [6, 7].

Wegen der strengen Anforderungen der Netzqualität an den Eingangsnetz, verschiedenen harmonischen Standards und Engineering-Empfehlungen wie IEC 1000-3-2, IEEE 519 (USA), AS 2279, D.A.CH.CZ, IN 61000-3-2/EN 61000-3-12, und ER-G5 / 4 (Vereinigtes Königreich) werden eingesetzt, um das Niveau der Verzerrung bei der PCC begrenzen. Um mit diesen harmonischen Normen, Anlagen zur Nutzung der Leistungselektronik und nichtlineare Lasten verwenden oft eine der wachsenden Zahl von harmonischen Minderungstechniken [8]. Aufgrund der Anzahl und Vielfalt der verfügbaren Methoden, die Auswahl der am besten geeignete Technik für eine bestimmte Anwendung ist nicht immer einfach oder einfacher Prozess. Viele Optionen stehen zur Verfügung, einschließlich der aktiven und passiven Methoden. Einige der technisch fortschrittlichsten Lösungen bieten garantierten Ergebnissen und haben wenig oder keine nachteilige Wirkung auf den isolierten Stromanlage, während die Leistung von anderen einfachen Methoden weitgehend abhängig von Systembedingungen sein. Dieser Beitrag stellt einen umfassenden Überblick auf harmonische Minderungstechniken, in denen eine große Anzahl von technischen Publikationen in drei Kategorien überprüft und zur Klassifizierung harmonischen Minderungstechniken: passive Techniken, aktive Techniken, und Hybrid harmonischen Reduktionsverfahren unter Verwendung einer Kombination von aktiven und passiven Verfahren. Eine kurze Beschreibung der elektrischen Eigenschaften der einzelnen Verfahren mit dem Ziel, den Designer und Website-Ingenieur mit mehr informierte Entscheidung hinsichtlich ihrer verfügbaren Optionen beim Umgang mit den Auswirkungen und Folgen der Gegenwart dieser Oberwellen im Verteilungsnetz vorgestellt.

2. Passive Oberschwingungsminderungstechniken

Viele passive Techniken sind verfügbar, um den Pegel der harmonischen Verschmutzung in einem elektrischen Netz zu reduzieren, einschließlich der Anbindung von Netzdrosseln Serie, abgestimmt Oberwellenfilter, und die Verwendung von höheren Pulszahl-Wandlerschaltungen wie 12-Puls, 18-Puls, und 24-Puls-Gleichrichter. Bei diesen Verfahren, die unerwünschten harmonischen Ströme fließt in das System entweder durch Einbau eines hohen Reihenimpedanz, um ihre Strömungs blockieren oder Umleiten der Strömung von Oberschwingungsströmen mittels eines niederohmigen Parallelpfad verhindert werden [9].

Harmonic Minderungstechniken für die Versorgung Leistungsfaktorkorrektur und Oberschwingungen in zwei Möglichkeiten, um die Produktleistung qualifizieren. Eine ist, eine Grenze für die PF für Lasten über einem bestimmten Mindestleistung setzen. Versorgungsunternehmen setzen oft Grenzen für akzeptable Leistungsfaktoren für Lasten (z.B., <0.8 führenden und >0.75 Spät). Eine zweite Möglichkeit zu messen, oder geben Sie ein Produkt ist, um absolute Höchstgrenzen für Stromoberwellenverzerrung definieren. Dieser ist in der Regel als Grenzwerte für ungerade Ober ausgedrückt (z.B., 1st, 3rd, 5th, 7th, usw.). Dieser Ansatz erfordert keine Qualifikation Mindestprozent Last und ist relevant für den Stromversorger.

Harmonic Vorschriften oder Richtlinien werden derzeit angewandt, um Strom-und Spannungsoberschwingungen in Schach zu halten. Als Beispiel, die Stromverzerrung Grenzen in Japan in den Tabellen dargestellt 1 und 2 stellen die maximalen und minimalen Werte der Klirrfaktor (THD) in Spannung und der dominierende fünfte Harmonische Spannung in einem typischen Stromversorgungssystem [10].

Tabelle 1: Spannung THD und fünften Oberwellenspannung in eine Hochspannungs-Leistungsübertragungssystem.

Spannung THD und fünften Oberwellenspannung in eine Hochspannungs-Leistungsübertragungssystem

Tabelle 2: Spannung THD und fünfte Harmonische Spannung in einem 6,6-kV-Stromverteilungssystem.

Spannung THD und fünfte Harmonische Spannung in einem 6,6-kV-Stromverteilungssystem

Bestimmte Techniken, wie die Verwendung von abgestimmten Filtern, erfordern umfangreiche Systemanalyse auf die Resonanzprobleme und Ausfälle zu verhindern Kondensator, während andere, wie beispielsweise die Verwendung von 12-Puls-oder 24-Puls-Wandler, kann praktisch ohne System-Analyse angewendet werden.

2.1. Wirkung der Quelle Reaktanz

Typische AC-Stromkurven in Einphasen-und Dreiphasen-Gleichrichter sind weit von einer Sinuskurve. Der Leistungsfaktor ist auch sehr gering, da der hohe harmonische Inhalt des Leitungsstromwellenform. In Gleichrichter mit einer kleinen Quelle Reaktanz, der Eingangsstrom ist stark diskontinuierliche, und, als Konsequenz, der Strom von der Versorgungsquelle in einem sehr schlechten Leistungsfaktor gezeichnet.

Die Größe der Oberwellenströme in einigen nichtlinearen Lasten hängt stark von der gesamten effektiven Eingangsdrossel, der Quelle Reaktanz zuzüglich hinzugefügt Leitungsreaktanz umfasste. Zum Beispiel, bei einer 6-Puls-Gleichrichterdiode Zuführen einer DC-Bus-Kondensator und diskontinuierlichen Betrieb mit Gleichstrom, der Pegel des resultierenden Eingangsstromoberwellenspektrum ist weitgehend abhängig von dem Wert der Reaktanz der Wechselstromquelle und einer zusätzlichen Reihe Leitungsreaktanz; je niedriger die Reaktanz, je höher die Harmonischen [1-3].

Andere nichtlineare Lasten, wie ein 6-Puls-Gleichrichterdiode Zuführen eines stark induktiven DC-Last und Betrieb mit kontinuierlicher Gleichstrom, wirken als harmonische Stromquellen. In solchen Fällen, der Betrag der Spannungsverzerrung an der PCC ist abhängig von der Gesamtimpedanz Versorgungs, einschließlich der Auswirkungen von Leistungs-Kondensatoren, mit höheren Impedanzen Herstellung höheren Verzerrungsniveaus [7, 11].

2.2. Serie Leitungsreaktoren

Der Einsatz von Netzdrosseln Serie AC ist eine gemeinsame und kostengünstige Mittel zur Erhöhung der Quellenimpedanz bezogen auf eine Einzellast, beispielsweise, Die Eingangsgleichrichter als Teil einer Motorantriebssystem verwendet. Das harmonische Leistungsminderung von Reihenreaktoren ist eine Funktion des Last; jedoch, ihre effektive Impedanz reduziert Verhältnismäßigkeit der Strom durch sie verringert [12].

2.3. Saugkreise

Passive Oberschwingungsfilter (PHF) umfassen die Reihen-oder Parallelschaltung einer abgestimmten LC-und Hochpassfilterschaltung, um einen niederohmigen Pfad für eine bestimmte Oberschwingungsfrequenz zu bilden,. Der Filter wird in Verbindung parallel oder in Reihe mit der nichtlinearen Last, um die abgestimmte Frequenz harmonischen Strom von der Stromversorgung weg abzulenken. Anders als Serie Netzdrosseln, Oberwellenfilter nicht alle harmonischen Frequenzen dämpfen, aber beseitigen eine einzige harmonische Frequenz von der Versorgungsstromwellenform. Eliminieren Harmonischen an der Quelle ist gezeigt worden, um die effektivste Methode zur Oberschwingungsverluste in der isolierten Stromversorgungssystem zu verringern. Jedoch, die erhöhte Kosten zur Folge zunächst eine Barriere für diesen Ansatz. Wenn der parallelgeschalteten Filter weiter stromaufwärts in der Arbeitsleistung verbunden, höhere Tag-zu-Tag Kosten durch Verluste in den Leitern und andere Anlagenteile, die die Oberschwingungsströme tragen akkumulieren. Umgekehrt, für in Reihe geschaltete Filter am Last, Es sind erhöhte Verluste im Filter selbst. Diese Verluste sind einfach das Ergebnis des höheren Reihenimpedanz, die Blöcke der Fluss von Harmonischen erhöht jedoch die Leitungsdämpfung infolge der Strömung von den restlichen Komponenten des Laststroms, [12, 13]. Der Gütefaktor des Filters beeinflußt die Induktivität Istwert des Niedrigimpedanzwegs für jede Filter. In der Regel, ein Wert von Bereichen zwischen 20 und 100 [14]. Viele Arten von Oberwellenfilter üblicherweise verwendet werden, einschließlich der folgenden:

2.3.1. Serie Induktions-Filter

Oberschwingungsströme von Schaltnetzteilen und anderen DC-DC-Wandlerschaltkreise erzeugt werden, durch die Verbindung eines seriellen Induktor, der auf entweder die Wechselstrom-oder Gleichstromkreis hinzugefügt werden kann, deutlich verringert werden [15-17], wie in Abbildung 1. So viele Verbesserungen auf diesen Filter wurden unternommen.

(ein)

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Abbildung 1: (ein) Die Serie Induktivität Filter für aktuelle Gestaltung, (b) Die Ziogas Induktor-Kondensator-Filter, (c) Die Yanchao Verbesserung Ziogas Filter, und (d) Die Hussein Verbesserung Yanchao Filter.

Ziogas Passivfilter für Einphasen-Gleichrichter hat eine gewisse Verringerung der Gesamtoberschwingungsverzerrung THD und PF Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen Gleichrichter. Auch, Yanchoa Waveshaping-Filter verwendet, um THD reduzieren und Leistungsfaktor. Anschließen Autor Filter am Ausgang des Gleichrichters wird Leistungsfaktor zu verbessern und die Eingangsstrom-THD der Versorgungs.

2.3.2. DC-DC Wandler Strom Shaping

Wie die Serie Induktion Filter, diese Schaltung (Abbildung 2) können durch Schaltnetzteilen und anderen DC-Wandlerschaltungen durch Modulation des Arbeitszyklus der Schalter, um die Form der Eingangsstrom zu steuern, um eine gewünschte Sinuswellenform verfolgen produziert Stromverzerrung stark reduzieren [5, 18-20]. So viele Verbesserungen auf diesen Filter wurden unternommen.

(ein)

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(d)

Abbildung 2: (ein) Boost-Wandler aktuellen Formschaltung, (b) Abwärtswandler aktuellen Formschaltung, (c) Verbesserung der Boost-Wandler aktuellen Formschaltung, und (d) verbessern Abwärtswandler Strom Formschaltung.
2.3.3. Parallel geschalteten Resonanzfilter

Passive LC-Filter abgestimmt, um eine bestimmte harmonische beseitigen werden oft verwendet, um das Niveau der niederfrequenten harmonischen Komponenten wie der 5. und 7. von Drei-Phasen-Gleichrichter und Wechselrichterschaltungen produziert reduzieren. Der Filter wird in der Regel über die Linie verbunden, wie in Abbildung gezeigt 3. Wenn mehr als eine Harmonische eliminiert werden, dann muss ein Shunt-Filter für jede Harmonische installiert werden. Es ist darauf zu achten, dass die Impedanzen der Spitze einer solchen Anordnung sind auf Frequenzen zwischen den erforderlichen harmonischen Frequenzen wegen der Anwesenheit eines LC-Resonanzschaltung abgestimmt sein, daß es hohe Spannungsverzerrung bei der PCC Versorgung werden [7, 12].

Ein parallel geschalteter Resonanzfilter.
Abbildung 3: Ein parallel geschalteter Resonanzfilter.
2.3.4. Reihe geschalteten Resonanz Filte

Diese Arbeit auf einer im Prinzip ähnlich zu der parallelen Ausführung, jedoch mit der abgestimmten LC Schaltungen in Reihe mit dem Versorgungs. Die Serie Filter kann auf einem einzelnen harmonischen Frequenz abgestimmt werden,, oder sie kann auf eine Anzahl von harmonischen Frequenzen werden multituned. Die multituned Anordnung verbindet mehrere abgestimmte Filter in Reihe, wie in Abbildung gezeigt 4 die eine dritte Harmonische abgestimmten LC Schaltung, und Lr3, und Cr3, und eine Hochfrequenz abgestimmt LC Schaltung, Dierh und Crh um höhere Obertöne zu beseitigen [5, 7, 12].

Doppelt abgestimmte Reihe geschalteten Resonanz-Filter

Abbildung 4: Doppelt abgestimmte Reihe geschalteten Resonanz-Filter.
2.3.5. Neutral Aktuelle Filter

Dieser Filter ist in dem Neutralleiter zwischen dem Ort und dem Transformator dreiphasige Last, alle Dreifachfrequenzoberblock, wie in Abbildung 5. Da diese dreifache Null Harmonischen in Phase miteinander, sie alle durch den Neutralleiter fließen, und es ist wirtschaftlich, sie in der neutralen Stelle der einzelnen Phasen zu blockieren [5, 12].

Eine neutrale Strom-Sperrfilter.
Abbildung 5: Eine neutrale Strom-Sperrfilter.
2.3.6. Zickzack-Grounding Filter

Durch die Integration von Phasenverschiebungs in einem Einzel-oder Mehrphasentransformator mit einer extrem niedrigen Nullimpedanz, wesentliche Reduktion der Dreifach, 5th, und 7. Oberschwingung erreicht werden kann. Diese Methode bietet eine Alternative, um den Transformator Neutralleiter von Dreifachoberwellen durch Aufhebung dieser Oberschwingungen in der Nähe der Last schützen. Bei diesem Verfahren, ein Spartransformator parallel mit der Versorgung verbunden ist, kann eine Nullstrompfad zu stoppen bieten und kündigen Dreifachoberwellen wie in Abbildung gezeigt 6 [16].

Zahl 6
Abbildung 6: Zickzack-Autotransformator dreiphasige lineare Lasten angeschlossen.
2.4. Höhere Impulswandler

Drei Phasen, 6-Puls statischen Stromrichtern, wie die in FU gefunden, erzeugen niederfrequente Stromoberschwingungen. Überwiegend, dies sind die 5., 7th, 11th, und 13. mit ebenfalls anwesend anderen höheren Harmonischen Bestellungen aber auf den unteren Ebenen. Mit einer 6-Puls-Wandlerschaltung, Oberschwingungen der Ordnung 6k ± 1, wobei k = 1, 2, 3, 4, usw., wird in der Versorgungsstromwellenform vorhanden sein. In der High-Power-Anwendungen, AC-DC-Wandler auf der Grundlage des Konzepts der Mehrfach, nämlich, 12, 18, oder 24 Impulse, werden verwendet, um die Oberschwingungen in Wechselstromversorgungsströme zu reduzieren. Sie werden als ein Mehrfach Wandler bezeichnet. Sie verwenden entweder eine Diodenbrücke oder Thyristor-Brücke und eine spezielle Anordnung von Phasenschiebemagnetkreis wie Transformatoren und Induktoren, die erforderlichen Versorgungsstromwellenformen zu erzeugen [9, 21-27].

2.4.1. 12-Puls-Gleichrichtung

In großen Richteranlagen, wobei Oberschwingungen durch einen Dreiphasenwandler erzeugte inakzeptable Werte erreichen, es möglich ist, zwei 6-Puls-Wandler in Reihe mit Stern / Dreieck-Phasenschiebertransformatoren, einen 12-Puls-Wellenform zu erzeugen und reduziert die Oberschwingungen auf die Versorgungs-und Lastseite verbinden, wie in Abbildung 7. Dies könnte trotz der erheblichen Mehrkosten für die Transformatoren von Vorteil sein. Zwölf-Puls-Gleichrichter wird häufig von Ingenieurbüros für Heizung angegeben, Lüftungs, und Klimaanwendungen aufgrund ihrer theoretischen Möglichkeit, den Klirrfaktor zu reduzieren.

Series 12-Puls-Gleichrichter Anschluss

Abbildung 7: Series 12-Puls-Gleichrichter Anschluss.

Anstelle der Verbindung der beiden Stromrichterbrücken in Reihe, sie können auch parallel geschaltet, um 12-Pulsbetrieb zu ergeben. Eine parallele 12-Puls-Anordnung ist in Fig. gezeigt 8. Parallel-Verbindungen erfordern besondere Sorgfalt, um eine angemessene Balance zwischen den von jeder Brücke gezogen Ströme zu gewährleisten. Sekundäre Leckreaktanz müssen sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, und zusätzliche Reaktoren werden auf der DC-Seite benötigt, um die momentane Unterschiede zwischen den beiden Gleichspannungswellenformen zu absorbieren, [9, 22, 28].

Parallel Zwölf-Puls-Gleichrichter Anschluss
Abbildung 8: Parallel Zwölf-Puls-Gleichrichter Anschluss.

Bei Verwendung eines 12-Puls-System, die 5. und 7. Oberwellen verschwinden aus Leitungsstromwellenformen Verlassen der 11. als erste zu erscheinen. Nur Harmonischen der Ordnung , wo = 1, 2, 3, 4, usw., wird in der Versorgungsstromwellenform vorhanden sein, was zu einem hohen Leistungsfaktor, niedrigen Klirrfaktor am Eingang Netz, und Welligkeit freien DC-Ausgang von hoher Qualität.

2.4.2. 18-Puls-Gleichrichtung

Achtzehn-Puls-Wandlerschaltungen, in Abbildung 9, Verwendung eines Transformators mit drei Sätzen von Sekundärwicklungen, die durch phasenverschobene 20 Grad in Bezug zueinander. Nur Harmonischen der Ordnung 18k ± 1, wobei k = 1, 2, 3, 4, usw., wird in der Versorgungsstromwellenform vorhanden sein [9, 29].

18-Puls richtigen Anschluss

Abbildung 9: 18-Puls richtigen Anschluss.
2.4.3. 24-Puls-Gleichrichtung

Anschluss von zwei 12-Puls-Schaltungen mit einem 15 °-Phasenverschiebung erzeugt ein 24-Impulssystem. Abbildung 10 zeigt ein solches System, bei dem die beiden 12-Puls-Stromkreise parallel verbunden sind, um die erforderliche 24-Puls-System zu erzeugen. Die 11. und 13. Harmonischen jetzt von der Versorgungsstromwellenform Verlassen der 23. als erste zu erscheinen verschwinden. Nur Harmonischen der Ordnung 24k ± 1, wobei k = 1, 2, 3, 4, usw., wird in einem 24-Puls-System vorhanden sein [9, 30].

24-Puls richtigen Anschluss

Abbildung 10: 24-Puls richtigen Anschluss.

3. Aktive Oberschwingungsminderungstechniken

Bei der Verwendung von aktiven harmonischen Reduktionstechniken, die Verbesserung der Netzqualität kam aus einer Injektion gleich-aber-gegenüber Strom-oder Spannungsverzerrung in das Netzwerk, wodurch die ursprüngliche Verzerrungsauslösch. Aktive Oberwellenfilter (AHFs) verwenden schnellschalt Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) um einen Ausgangsstrom von der gewünschten Form zu erzeugen, so daß, wenn sie in den Wechselstromleitungen eingespritzt, es hebt die ursprünglichen Last erzeugten Harmonischen. Das Herz des AHF ist der Controller Teil. Die Steuerungsstrategien auf die AHF angewendet spielen eine sehr wichtige Rolle in der Verbesserung der Leistung und Stabilität des Filter. AHF ist mit zwei Arten von Steuerungsschema entwickelt. Die erste führt schnelle Fourier-Transformationen, um die Amplitude und Phasenwinkel der einzelnen Oberwelle zu berechnen. Die Netzvorrichtungen gerichtet sind, um einen Strom mit gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Phasenlage für bestimmte Ordnungszahlen produzieren. Das zweite Steuerverfahren wird oft als Vollspektrumunterdrückung in dem die volle Stromwellenform wird durch die Steuerung des Filters verwendet bezeichnet, die die Grundfrequenzkomponente entfernt und leitet das Filter, um die Umkehrung der Restwellenform zu injizieren [31-38].

Typisch, Diese Filter werden auf der Grundlage, wie viel harmonischen Strom produzieren kann der Filter bemessen, Stromstärke in der Regel in Schritten von 50 Ampere. Die richtige Stromstärke von AHF kann nach der Bestimmung der Höhe der Storno harmonischen Strom gewählt werden.

Im Wesentlichen, der Filter aus einem VSD mit einer speziellen elektronischen Steuereinheit, die den harmonischen Strom in das System injiziert 180 aus der Phase der Systemoberwellen bzw. Antriebs. Dies führt in Ober Stornierung. Zum Beispiel, wenn der VSD erstellt 50 A der fünfte harmonische Strom, und die AHF produziert 40 A der fünfte harmonische Strom, die Menge der 5. Harmonischen Strom an das Versorgungsnetz eingespeist werden würde 10 A. Die AHF kann als Einzelphasen-oder Dreiphasen-Filter klassifiziert werden.

Auch, es könnte als Parallel-oder Reihen AHF nach der Schaltungsanordnung eingestuft werden.

3.1. Parallel Aktive Filter

Dies ist die am weitesten verbreitete Art der AHF (stärker bevorzugt als AHF-Serie in Bezug auf Form und Funktion). Wie der Name impliziert,, er parallel zu dem Hauptstromkreis verbunden ist, wie in Abbildung 11. Der Filter wird betrieben, um den sonstigen Lastoberschwingungsströme Verlassen der Versorgungsstrom frei von harmonischen Verzerrungen. Parallele Filter haben den Vorteil, die Last tragenden Oberwellenstromkomponenten und nicht den vollen Laststrom des Leitungs [39-44].

Parallel aktiven Filter

Abbildung 11: Parallel aktiven Filter.

AHF auf der Grundlage der folgenden Methoden gesteuert werden,:

  • die Steuerung ermittelt den momentanen Laststrom ichDie,
  • AHF extrahiert die harmonische Strom ichLh aus dem erfaßten Laststrom ichDie mittels digitaler Signalverarbeitung,
  • die AHF zieht die Ausgleichsstrom ichDER von der Netzversorgungsspannung INs wie zum Abbrechen die harmonische Strom ichLh [45].
3.2. Serie Aktive Filter

Die Hauptschaltungskonfiguration für diese Art von AHF zeigt Abbildung 12. Die Idee hier ist, um Spannungsoberwellen zu eliminieren und die Qualität des an die Last angelegten Spannung. Dies wird durch Erzeugen einer sinusförmigen Pulsbreite moduliert erreicht (PWM) Spannungswellenform über der Transformatorverbindung, die mit der Versorgungsspannung addiert wird, um die Verzerrung über die Netzimpedanz entgegenzuwirken und präsentieren eine sinusförmige Spannung an der Last. AHF-Serie hat den Volllaststrom erhöhen ihre Stromeinstufungen und UND2 Verluste im Vergleich mit parallelen Filter, insbesondere an der Sekundärseite des Koppeltransformators [43].

Serie aktiven Filter

Abbildung 12: Serie aktiven Filter.

Im Gegensatz zu den Shunt AHF, die Reihe AHF wird auf der Grundlage der folgenden Methoden gesteuert:

(ich) Die Steuerung erkennt die momentane Versorgungsstrom,

(ii) AHF extrahiert die harmonische Strom aus der erfassten Stromaufnahme mittels digitaler Signalverarbeitung,

(iii) das aktive Filter gilt die Kompensationsspannung über die Primärseite des Transformators. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung der harmonischen Stromversorgung führen () , wenn die Rückkopplungsverstärkung hoch genug zu sein, [45].

Ein AHF sowohl mit Serien-und Parallel (Shunt) verbundenen Abschnitte, wie in den Figuren gezeigt 11 und 12, beziehungsweise, kann verwendet werden, um sowohl für Spannungs-und Stromoberwellen gleichzeitig kompensieren [34-36]. In allen Fällen, die kritische Anforderung an jedes AHF Schaltung ist es, die erforderlichen Kompensationsstrom genau und in Echtzeit zu berechnen.

4. Hybrid Harmonic Minderungstechniken

Hybrid-Verbindungen von AHF PHF und werden auch eingesetzt, um Oberschwingungen Verzerrungsniveaus im Netzwerk zu reduzieren. Die PHF mit festen Vergütung ist unwirksam Eigenschaften der Stromober filtern. AHF windet die Nachteile des PHF durch Verwendung der Schaltmodus-Stromwandler, um den Oberwellenstrom Eliminierung durch. Jedoch, AHF die Baukosten in einer Branche, ist zu hoch. Die AHF Leistung von Stromrichter ist sehr groß. Diese verpflichtet die Anwendungen der AHF im Netz verwendet. Hybrid-Oberwellenfilter (HHF) Topologien entwickelt, [46-51] um die Probleme der Blindleistung und Oberwellenströme effektiv lösen. Mit geringen Kosten PHF in der HHF, die Leistung von aktiven Wandler im Vergleich mit der AHF reduziert. HHF behält die Vorteile der AHF und nicht die Nachteile von PHF und AHF. Abbildung 13 zeigt eine Anzahl von möglichen Kombinationen Hybrid. Abbildung 13(ein) ist eine Kombination von Shunt AHF und Shunts PHF. Mit einer Kombination von PHF wird eine signifikante Reduktion in der Bewertung des AHF machen. Infolge, keine harmonische Resonanz auftritt, und keine harmonische Strom in die Versorgungsströme. In [50], Autor behauptet, dass in der HHF AHF können die Filterleistung zu verbessern und die harmonische Resonanz bestehender PHF unterdrücken. Abbildung 13(b) eine Kombination von AHF Reihe mit der Versorgungs und einem Shunt PHF. Der Autor des Referenz [46] festgestellt, dass diese Topologie ist nicht geeignet für Niederfrequenz-harmonischen Entschädigung, weil die AHF stellt eine hohe Kompensationsspannung, die mit nachgelagerten phasengesteuerten nichtlineare Lasten beeinträchtigen können.

Hybrid-Verbindungen von aktiven und passiven Filtern

(ein)

Hybrid-Verbindungen von aktiven und passiven Filtern

(b)

Hybrid-Verbindungen von aktiven und passiven Filtern

(c)

Abbildung 13: Hybrid-Verbindungen von aktiven und passiven Filtern.

Abbildung 13(c) zeigt ein AHF in Reihe mit einem Nebenschluß PHF. In allen Fällen, ist es erforderlich, daß die Filter in einer Hybridkombination Anteil Kompensations richtig in der Frequenzdomäne [51]. Viele Verbesserungen und Forschungen auf den Steuerstrategien von Hybrid-Oberwellenfilter gemacht worden.

Die AHF und PHF werden verwendet, um die äquivalente Spannung, die an die Netzoberschwingungsstrom mit unterschiedlichen Methoden verwandt ist generieren (d. h., Impedanzänderung Verfahren) wie in Abbildung 13(c). Die Netzoberschwingungsstrom wird durch Erhöhen des Verhältnisses der effektiven Quellenimpedanz, um die harmonischen Komponenten unterdrückt. Um eine konstante DC-Bus-Spannung des AHF erreichen, ein PI-Spannungsregler verwendet wird. Eine Hysterese Spannungskomparator verwendet wird, um die Ausgangsspannung zu verfolgen, um die äquivalente Impedanz der aktiven Wandler durch [48, 49]. Frentzen ist kostengünstig und wird mehr praktische Anwendungen in der Industrie.

AHF-Controller ist hauptsächlich in zwei Teile geteilt, dh, Referenz aktuellen Generation und PWM Stromsteuerung. Die PWM-Stromregler ist vor allem für die Bereitstellung von Gatterimpuls an die AHF verwendet. In Bezug auf die aktuelle Generation Schema, Referenzstrom wird unter Verwendung der verzerrten Wellenform erzeugt. Viele Steuerprogramme gibt es für Referenzstromerzeugungs, wie

Theorie, Deadbeat-Controller, Neuro, adaptive Regelung, Wavelet-Steuer, unscharf, Delta-Sigma-Modulations, Gleitmodusregelprozess, Vektorregelung, Wiederholungssteuerungs, und SFX-Kontrolle zur Verbesserung der stationären und dynamischen Verhaltens AHFs [52-59].

4.1. p-q-Methode

Momentane Blindleistung Theorie ist erschienen 1984. Basierend auf dieser Theorie, die sogenannte p-q Verfahren "wurde erfolgreich bei der Steuerung von AHF angewendet. Nullkomponente wird bei diesem Verfahren vernachlässigt, und aus diesem Grund die p-q Verfahren ist nicht genau, wenn die Drei-Phasen-System ist verzerrt oder asymmetrisch.

4.2. d-q-Methode

Basierend auf der Park-Transformation, die d-q Verfahren kam. Der Dreiphasen-Laststrom in positiver Reihenfolge zerlegt werden,, negativen und Null-Sequenz-Komponente. Der Strom in der d-q Rahmen ichd und ichq können von der positiven und negativen Sequenz Sequenz unter Verwendung eines PLL umgewandelt werden (Phasenregelkreis). Die Aufteilung der AC-und DC-Komponenten über einen Tiefpass PHF erhalten werden. Das Referenzstromsignal kann durch die Wechselstromkomponente dadurch erreicht werden, d-q Rahmen durch eine countertransformation.

4.3. Direkte Prüfung und Berechnung Methode (DTC)

Trennung der harmonischen und der Reaktivkomponenten aus dem Laststrom ist das Ziel der Stromreferenzgenerator. Das Hauptmerkmal dieses Verfahrens ist die direkte Ableitung des Ausgleichskomponente von dem Laststrom, ohne die Verwendung jeglicher Bezugstransformations. Tatsächlich, Dieses Verfahren stellt eine niederfrequente Schwingung Problem im AHF DC-Bus-Spannung.

4.4. Synchron-Referenz Ruhm Methode (SRF)

Echtströme werden in einen synchronen Referenzrahmen in diesem Verfahren umgewandelt. Der Referenzrahmen wird mit der Netzspannung synchronisiert ist und die gleiche Frequenz rotierenden. Bei diesem Verfahren, die Referenzströme werden direkt von den realen Lastströme, ohne die Source-Spannungen abgeleitet, welche die wichtigsten Merkmale dieses Verfahrens darstellen. Die Erzeugung der Referenzsignale nicht durch Verformung oder Spannung Unwucht betroffen, also die Erhöhung der Entschädigung Robustheit und Leistungsfähigkeit.

4.5. Aktuelle Hysterese Steuer

Das Grundprinzip dieses Steuerverfahren ist, dass die Schaltsignale aus dem Vergleich des aktuellen Fehlersignals mit einer festen Breite Hystereseband abgeleiteten. Dieser Stromsteuerungstechnik weist einige Merkmale nicht zufriedenstellend durch einfache, extreme Robustheit, schnelle dynamische, gute Stabilität, und automatische Strombegrenzung Merkmale.

4.6. Dreieck-Vergleich PWM-Steuerung

Dieses Steuerverfahren wird auch als lineare Stromsteuer. Die herkömmliche Dreiecks Vergleich PWM-Prinzip ist, dass der von einem Stromregler aus dem Stromfehlersignal erreicht Modulationssignal mit dem Dreieckwellenschnitten. Danach, Impulssignale erhalten werden, um die Schalter der Wandler zu steuern. Bei analogen PWM-Schaltung, dieses Steuerverfahren hat einfache Umsetzung mit schnellen Reaktionsgeschwindigkeit. Da die Modulationsfrequenz gleich der Frequenz Dreieck, die Stromschleife Transitfrequenz muss unterhalb der Modulationsfrequenz gehalten werden.

4.7. Space Vector Modulation (SVM)

Das Ziel dieser Methode ist es, die entsprechenden Schaltkombinationen und ihre Pflicht Verhältnisse nach bestimmten Modulationsschema finden. Die SVM arbeitet in einer komplexen Ebene in den sechs Sektoren durch eine Kombination von leitenden bzw. nichtleitenden Schalter in den Stromkreis getrennt sind. Der Referenzvektor wird verwendet, um zwei benachbarte Schaltzustandsvektoren zu lokalisieren und berechnet die Zeit, für die jeweils einer aktiv ist. SVM ist von geringer Geschwindigkeit der Reaktion durch die inhärente Berechnung Verzögerung verursacht, aufgrund der starken Entstörungs und die gute Zuverlässigkeit digitaler Steuerungstechnik. Um den Nachteil zu lösen,, die Verbesserung der Annahme Deadbeat-Steuerung und ein gewisses Übermaß der reaktiven Komponenten-System wird empfohlen.

Gegenwärtig, die Forschungstrends der AHF Regelstrategien sind vor allem auf die Optimierung und praktische Anwendung der Kontrollstrategien. Ende, Die Vergleichskriterien für PHF, AHF, HHF und könnte zusammengefasst basieren auf den folgenden:

(ich) Kosten der Anlage und die Anlage,

(ii) harmonische Indizes (GEWESEN. ichh, THDich, TDD, und PWHD) ,

(iii) Lebensdauer und Ausfallrate,

(iv) Wartung und Technik.

5. Schlussfolgerungen

Elektrische Zuverlässigkeit des Systems und der normale Betrieb von elektrischen Anlagen verlassen sich stark auf ein sauberes verzerrungsfreie Stromversorgung. Designer und Ingenieure wollen das Niveau der Oberwellenbelastung auf einem Stromverteilungsnetz, wo nichtlinearen Generierung harmonischen Lasten verbunden sind, zu reduzieren haben mehrere harmonische Minderungstechniken verfügbar. Aufgrund der Anzahl und Vielfalt der verfügbaren Methoden, Auswahl der am besten geeignete Technik für eine bestimmte Anwendung ist nicht immer einfach oder einfacher Prozess. Eine breite Kategorisierung der verschiedenen harmonischen Minderungstechniken (passiv, aktiv, und Hybrid) durchgeführt wurde, um eine allgemeine Sicht auf dieser breiten und sich schnell entwickelnden Thema geben. PHF wird traditionell zur Oberschwingungsströme wegen der niedrigen Kosten und einfachen robusten Aufbau absorbieren. Jedoch, sie bieten feste Vergütung und erstellen Systemresonanz. AHF bietet mehrere Funktionen, wie Oberwellenreduzierung, Isolation, Dämpfung und Kündigung, Lastausgleich, PF-Korrektur, und Spannungsregelung. Die HHF ist in Oberwellenfilter attraktiver als die reinen Filter von beiden Lebensfähigkeit und wirtschaftlichen Gesichtspunkten, insbesondere für Hochleistungsanwendungen. Es ist zu hoffen, dass die Diskussion und Klassifizierung der harmonischen Minderungstechniken in diesem Papier werden einige nützliche Informationen bieten zu helfen, die Auswahl eines geeigneten harmonischen Reduktionsmethode für eine bestimmte Anwendung auf eine leichtere Aufgabe.

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Referenzen

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