アクティブ高調波フィルターがラジエーター製造時のちらつきを軽減 — ベルギー
| 施設 | ラジエーター工場 — 55,000 ㎡, ベルギー. 6つの生産ライン, ~5,000 ラジエーター/日 |
| 妨害負荷 | プレス, シーム溶接機, スポット溶接機 - 断続的な高出力負荷 |
| 前にちらつきます | Pセント 到達するピーク 1.6 — 測定済み 2009 |
| 必要なユーティリティ制限 | Pセント 95第 1 パーセンタイル ≤ 0.7 - で 50160 / IEC 61000-3-7 フレームワーク |
| ソリューション | 6 つのアクティブ高調波フィルター (AHF) 単位 — 2.1 MVAr 合計連続無効補償 |
| ちらつき | Pセント 一貫して以下 0.63 — 独立して検証済み |
| 削減達成 | Pセント 以上削減されました 60% - から 1.6 以下へ 0.63 |
| 副作用 | 安定した生産環境 - 6 ラインすべての電圧変動を同時に低減 |
01 コンテキスト — 工業用溶接のちらつき
フリッカー (急速な電圧変動によって引き起こされる光出力の知覚可能な変動) は、産業環境において最も近隣環境に敏感な電力品質問題の 1 つです。. 高調波とは異なります, 機器に直接影響を与えるもの, ちらつきは主に人間の知覚の問題です: 工業プロセスによって引き起こされる電圧変動は、同じ配電ネットワークに接続されている他の顧客の家庭やオフィスで可視光変調を引き起こす可能性があります。, たとえそれらの顧客が’ 自分の機器はまったく問題ありません.
溶接プロセスは、業界で最もフリッカーの発生源が多いものの 1 つです. 抵抗スポット溶接機やシーム溶接機は引抜寸法が大きい, 反復的な無効電流パルス - 各溶接パルスは、ほんの一瞬の間に数千アンペアを消費します。, 共通結合点で電圧ディップを生成し、溶接繰り返し率によって決定される割合で供給電圧を変調します。. 繰り返し率が 1 ～ 15 Hz の範囲 (IEC フリッカーメーターによって特徴付けられる人間の視覚感度のピークの周波数範囲) にある場合、結果として生じる光変調は、同じ配電変圧器を使用しているすべての顧客が知覚できます。.
6 つの溶接生産ラインを同時に稼働しているラジエーター工場は、隣接する工場にとって騒音や排出の問題だけでなく、同じ MV/LV 変圧器に接続されているすべての顧客に影響を与える系統接続の妨害源でもあります。. 地域コミュニティが成長し、新しい顧客が同じ変圧器に接続するとき, the flicker margin shrinks — what was previously acceptable becomes non-compliant when the background flicker from other sources increases. This is exactly what happened here: community expansion forced the utility to tighten the flicker emission limit, making previously tolerated emissions unacceptable.
02 Problem — Pセント 1.6 Against a Limit of 0.7
The radiator factory in Belgium — a 55,000 m² facility producing approximately 5,000 radiators per day across six production lines — had a load mix that was inherently demanding from a power quality perspective. プレス, シーム溶接機, and spot welding machines operated simultaneously across all six lines, each drawing large intermittent reactive current pulses that produced significant voltage drops at the feeding substation.
Field measurements in 2009 showed Pセント (short-term flicker severity) ピークに達する値 1.6. EN 50160 共通結合の中電圧点におけるフリッカーの計画限界は通常 P です。セント ≤ 0.7 1 週間の観察期間にわたる 95 パーセンタイル値として評価. 工場はこの制限を何倍も超えていました 2 ピーク条件では、複数の溶接ラインが同時に稼働すると、隣接する商業施設や住宅の敷地内で可視光のちらつきが発生します。.
この訴訟で挙げられている課題 — “急速に変動する負荷とさまざまな負荷パターン” — 溶接のちらつき軽減の根本的な難しさです. 1 台の溶接機で予測可能な溶接結果が得られます。, 反復的なちらつきサイン. 同時に稼働する6本の溶接ラインが複雑な溶接ラインを生成, 異なる繰り返し率と位相で重なり合う電流パルスの確率的組み合わせ - 結果として生じる変電所の電圧変動は周期的ではなく、個々の負荷特性だけからは予測できません。. ある運用シナリオでは機能する補償システムが、別の運用シナリオでは不適切である可能性があります。. これが、AHF 応答時間が重要な要件として特に挙げられた理由です。: システムは実際の電圧変動をリアルタイムで追跡する必要があります, 予測または平均された負荷プロファイルではない.
03 ソリューション — アクティブ高調波フィルタリング 2.1 MVAR
SVC やパッシブ フィルターではなく、アクティブ高調波フィルターを使用する理由
選択されたソリューションは 6 つのアクティブ高調波フィルターでした (AHF) 合計を提供するユニット 2.1 MVAr連続無効補償. 代替案であるパッシブ LC フィルターよりも AHF アプローチが選択されました。, サイリスタ制御のSVC, または標準の力率補正コンデンサ — 特別な理由により: 応答時間.
- パッシブLCフィルター — 固定リアクティブ補償, 特定の高調波周波数に同調. 確率論には対応できない, 6本同時溶接ラインのマルチパターン負荷変動
- サイリスタ制御SVC — 半サイクルごとに発射角度を更新します (8.3 ミリ秒時 60 ヘルツ, 10 ミリ秒時 50 ヘルツ). パルス幅が数サイクル程度の溶接負荷用, SVC の応答遅延は、フリッカー軽減に関する IPQDF PQ の概要の記事で説明されているように、外乱がすでに発生した後に補償が到着することを意味します。
- アクティブ高調波フィルター (AHF) — 高周波でスイッチングする IGBT を使用して、サイクルごとに正確に制御された無効電流を注入します. 応答時間はミリ秒未満です。実際の溶接電流波形を追跡し、変電所母線で測定可能な電圧降下が発生する前にその無効成分をキャンセルするのに十分な速さです。
アクティブ高調波フィルターは、非線形負荷によって引き出される電流を継続的に測定します。. デジタルシグナルプロセッサーが計算します, リアルタイムで, 負荷が引き込む無効電流成分と高調波電流成分. 次に、AHF は、等しく逆向きの無効電流と高調波電流をネットワークに注入し、事実上溶接機を供給ネットワークに対して抵抗負荷として見せます。. 大きな無効電流パルスがネットワーク インピーダンスから引き出されるのではなく、AHF 内を循環するようになるため、接続点の電圧が安定します。. 結果: ちらつきの原因となっていた電圧降下が発生源で除去されます。, 溶接ラインのどの組み合わせが同時に動作しているかに関係なく.
システム構成
この設備は 6 台の AHF ユニット (生産ラインごとに 1 台) で構成されており、各ユニットはそのラインの特定の反応需要に合わせたサイズになっています。. 設置されている補償容量の合計 2.1 MVAr Continuous は、フル生産時の 6 つの同時溶接ラインの総反応性需要を反映しています。. システムは完全自動制御とパッシブ冷却で動作します。, 定期的なメンテナンスやオペレーターの介入は不要です。. 完全にスタンドアロンで動作することも、プラントの既存の SCADA および監視システムと統合して動作することもできます.
04 結果 — Pセント 下に 0.63 すべての動作構成で
AHFシステム設置後, プラントは一貫して P を達成しましたセント 以下の値 0.63 — 同時に稼動している溶接ラインの数や各ラインの生産構成に関係なく. これは重要なテストです: 電力会社の要求は、P がセント 95th-パーセンタイル値を超えない 0.7, AHF は、あらゆる運用シナリオにわたってこれを達成する必要があります。, 単一の最悪の場合または最良の場合の負荷条件下だけでなく.
設置後の測定は外部コンサルタントによって実施され、地元の電力会社によって承認されました。AHF メーカーのみが測定および報告したものではありません。. これは重要な信頼性の違いです: 独立して検証されたフリッカー測定により、P がセント 削減は現実的だ, 再現可能な, 測定条件や厳選された動作シナリオの産物ではありません. 電力会社は、要求した排出制限への準拠の証拠としてこれらの測定値を受け入れました。.
生産安定性の副作用
コンプライアンスの達成を超えて, プラントは予期せぬ操業上の利益を得た: 6 つのラインすべてで同時に生産電圧を安定化. 溶接機が大きな無効電流パルスを消費する場合, 結果として生じる電圧降下は、外部ネットワークにちらつきを引き起こすだけでなく、内部電圧の変動も引き起こし、溶接プロセス自体の一貫性に影響を与える可能性があります。. ソースでの無効電流パルスを除去することにより, AHF は同時に内部電圧変動を除去しました。, 溶接品質の一貫性を向上させ、溶接サイクルごとに供給されるエネルギーの変動を低減します。. この運用上の利点、つまりプロセス品質の向上は、PQ 軽減の直接的な結果でした。, 意図された設計目標ではない.
05 電力品質の観点
このケーススタディは、産業用電力品質のコミュニティの側面を示しています。この側面は、PQ が単に機器保護の問題としてのみ捉えられている場合に見落とされがちです。. ラジエーター工場の溶接機は故障していなかった. 工場では、自身のちらつきによる内部生産の問題は発生していませんでした. 問題は完全に外側に向けられたものでした: 共有配電網の電圧変動が、工場の生産プロセスに関係のない近隣の顧客に影響を及ぼしていた.
配電工学の観点から, これは、最も一般的かつ最も困難なちらつき管理シナリオの 1 つです。: 接続時に負荷が許容可能だった既存の産業顧客, しかし、コミュニティが成長し、新しい顧客が同じ配信インフラを共有するにつれて、フリッカー放出量が計画の制限を超えています。. このシナリオにおける電力会社の選択肢は限られており、新規顧客への供給を拒否することはできません。, 既存顧客間の結合を解消するためにネットワークを強化することは容易ではありません。, そして、産業界の顧客に生産削減を強制することはできない. 唯一の実行可能な道は、産業顧客に自らの排出量を削減することを要求することです - それがここで起こったことです.
主要な選択基準として AHF 応答時間について具体的に言及していることは、フリッカー軽減技術に関する電力会社側の視点と正確に一致しています。. サイリスタ制御の SVC (アーク炉や大型溶接機向けの従来の実用グレードのちらつき軽減技術) は、無効出力を半サイクルごとに更新します。. パルス幅が3～5サイクルのスポット溶接機の場合, 次のパルスがすでに開始されている間に、SVC は前のパルスを補償しています。. AHF, ミリ秒未満の応答, 実際の電流をリアルタイムで補正します. トレードオフはコストと複雑さです: A 2.1 MVAr AHF の設置は、同等の SVC よりも大幅に高価です, また、IGBT ベースのパワー エレクトロニクスには、SVC のサイリスタ バルブよりもさらに制御された環境が必要です。. 確率的溶接を行う複数の小型溶接機を備えた工場向け, 重複する負荷パターン, AHF のリアルタイム追跡機能はプレミアムを正当化します. より予測可能な負荷サイクルを備えた単一の大型アーク炉の場合, SVC または STATCOM がより経済的な選択となる場合があります.
参照
- アクティブ高調波フィルタ. AHF はラジエーター製造時のちらつきを低減 — ベルギーの事例研究. アクティブ高調波フィルターのメーカー出版物. IPQDF ケーススタディ ライブラリで入手可能.
- IEC 61000-4-15:2010+AMD1:2012. 電磁両立性 - パート 4-15: テストおよび測定技術 — フリッカーメーター — 機能および設計仕様. IEC, ジュネーブ.
- IEC 61000-3-7:2008. 電磁両立性 - パート 3-7: 制限 — 変動する設備を MV に接続する場合の排出制限の評価, HVおよびEHV電源システム. IEC, ジュネーブ.
- IN 50160:2010+A3:2019. 公共電力網から供給される電力の電圧特性. CENELEC, ブリュッセル.
この導入事例は、 アクティブ高調波フィルタ: AHFは、ラジエーターの生産からちらつきを軽減し. Pセント 引用された測定値 (1.6 前に, 以下 0.63 後) 外部コンサルタントによって独立して検証され、地元の電力会社によって承認されました.
このケーススタディは、教育目的のために概要と解説の形で提示されています。. PQ の視点セクション (セクション 5) および SVG 図は、Denis Ruest によるオリジナルの IPQDF 編集コンテンツです。, 修士号. (適用済み), P.Eng. (レット。). IPQDF は元の訴訟資料の著作者を主張していない.