高調波発生, 伝播と非線形負荷でパージテクニック

Hadeedアーメドシェール¹, ハレドE. Addoweesh ¹ とヤシン·カーン²

^[1] 電気工学科, キング·サウード大学, リヤド, サウジアラビア

^[2] 電気工学科, キング·サウード大学, リヤド, 電力におけるサウジアラムコArabiaSaudiチェア, 電気工学科, キング·サウード大学, リヤド,

1. はじめに

産業革命は、高度な技術の向上で人生を変えてきました. 産業革命の主要な貢献は、世界中の電力会社を介して配布されている電力の可用性に起因している. この文脈での電力品質の概念は、安全のためだけでなく、自社の機器を中断なく動作するためのユーザの「基本権」として浮上している. 電気の利用者かどうか、国内または産業, 電源を必要とする, グリッチのない, 歪み, ちらつき, ノイズや停電. ユーティリティは、それらがシステムの電力品質の脅威を生成しないように、ユーザは良好な品質の機器を使用することを望む. この産業界におけるパワーエレクトロニクスベースのデバイスを使用すると、燃料や電力の節約の点で恵みを保存した, しかし一方で高調波の発生に起因する問題を作成しました. 商業と国内のユーザーの両方が、高調波電流を引き出すパワーエレクトロニクスベースのスイッチングを備えたデバイスを使用する. この電流は、調和的に汚染された電圧を生成するのに支配的な要因である. ユーザの「基本的な権利は、「クリーンな電源を持つことである, ユーティリティの需要は、良質の楽器/機材を持つことであるのに対し、. これは、電力品質を、ユーザーだけでなく、実用性の両方に共通の関心点になります. 調和的にフリー電源を維持するための電力品質ドメイン内のホットな話題であること高調波は、数十年以来、議論の分野である、いくつかの設計基準は、様々な国際機関や機関によって考案され、公開されている. 広いシナリオで, 調和的にない環境は、それらが変圧器を含む電力システムコンポーネントに損傷を引き起こさないように、システム内のデバイスとのその存在によって生成された高調波が許容限度内に閉じ込められていることを意味する, 絶縁体, スイッチギアなど. それがメインの流線になるとシステムの不安定の原因になる前に、電源システムの規制緩和は、その世代の最後に高調波を消去するユーティリティを強制されている. 高調波制御のための可能な3段方式である

高調波源の同定
高調波レベルの測定
可能なパージ技術

上記スキームに従うように電力会社は、Rを持っている&許容範囲内の高調波レベルを維持するために継続的な研究に関与しているDセクション. 研究の一定の領域された問題である電源周波数の高調波:

調和的に汚染された環境での力率改善
絶縁協調システムの障害が発生
波形歪み
変圧器のディレーティング, ケーブル, スイッチギヤ及び力率補正キャパシタ

上記の研究課題は、高調波制御のための基準の設計と実装に多くを焦点を当てている規制機関の助けを借りて対処している. IEEEのようなエンジニアリング·コンソーシアム, S, とIECは、高調波の許容限度を記述する標準を設計している. 推定, 測定, 高調波の解析とパージ技術は電力品質技術者のしっかりしたグリップを必要とする重要なストレスの領域である. 最近, 離れてのためのY-Δ接続のような伝統的な方法から 3^RD 高調波抑制, 人工知能技術に基づいた近代的な方法は、より良い方法で高調波を抑制し、パージするユーティリティのエンジニアを支援. 近代的なアプローチは、:

ファジー理論ベースのアクティブ高調波フィルタ
波形の解析のためのウェーブレット技術
パワーエレクトロニクススイッチの切り替えのための洗練されたPWM技術

この章の焦点は、高調波の発生の可能なすべてのソースを説明することである, 高調波の同定, その測定レベルだけでなく、そのパージ/抑制技術. この章では、一般的にはすべての電気技術者、特に実用性のエンジニアへの参考になります.

2. 高調波は何ですか?

電力工学的な高調波がシステムの周波数の倍数である正弦波を指し、. 故に, 3倍の基本周波数は、第三高調波として知られています; 5回基本、第5次高調波である; というように. システムの高調波は、使用して、一般的に定義することができます等量. 1

FH = HFAC

ここで、f_H hである^番目の高調波とF_とシステムの基本周波数である.

高調波は、ある意味で逆の法則に従うことを高い特定の高調波周波数の高調波レベル, に示すように、下部は、その振幅である図1. 故に, 通常、電源高調波におけるより高次の高調波が非常に重要性を与えられていない. 重要な、最も厄介な高調波は、このようにある 3^RD, 5^番目の, 7^番目の, 9^番目の, 11^番目のと 13^番目の. 高調波波形の一般的な式はで与えられる等量. 2

VN = Vrnsin (nωt)

どこ, で_RN いかなる特定の周波数のrms電圧です (高調波や電源ライン).

基本周波数の奇数倍の高調波は、奇数高調波として知られており、基本周波数の偶数倍であるものがあっても、高調波と呼ばれている. 奇数と偶数次高調波の間にある周波数は、相互の高調波と呼ばれている.

しかし, 任意の電力会社のための理想的な需要は、ACシステムでの正弦波電流と電圧を持つことである, これは、すべての時間を約束するためのものではありません, 複雑な波形の電流および電圧は、実際に発生した. したがって、このようなデバイスによって生成された複雑な波形は、基本波の混合物および高調波である. 故に, 調和的に汚染されたシステムの両端の電圧を数値で表すことができる。等量. 3,

V = Vfpsin(ωT φ1)+ V2psin(2ωT φ2)+ V3psin(3ωT φ3)+ Vnpsin(nωt φN)

どこ,

で_FP =基本周波数のピーク値

で_NPNの=ピーク値^番目の高調波成分

尊敬周波数のφ=角度

図 1.

基本と高調波の周波数の波形

同様に, 調和的に汚染されたシステム内の指定された回路を流れる電流の式はで与えられた式で与えられる。等量. 4

I = Ifpsin(ωT φ1)+ I2psin(2ωT φ2)+ I3psin(3ωT φ3)··· Inpsin(nωt φN)

高調波成分はまた、陽性と呼ばれている, 負のゼロシーケンス. この場合、基本的に変化する高調波は正と呼ばれ、基本波との位相ベクトルと反対方向を有するものは、負のシーケンス成分と呼ばれている. ゼロのコンポーネントは、任意の基本から有効になりませんし、その行動のニュートラルと考えられている. フェーザ方向はかなり重要なモータの場合である. 正シーケンス成分が適切な方向にモータを駆動する傾向がある. 負のシーケンス成分が有用なトルクを減少させるのに対し、. ザ 7^番目の, 13^番目の, 19^番目の等. 正シーケンス成分である. 負のシーケンス成分である 5^番目の, 11^番目の, 17^番目のというように. ゼロの成分の高調波がある 3^RD, 9^番目の, 15^番目の等. 高調波の振幅は、したがって、高調波の次数が増加するに伴って減少するように, 電力システムにユーティリティは、最大の高調波の方が重要である 11^番目のオーダーのみ.

3. 高調波の発生

ほとんどの場合、電圧高調波は、高調波電流の直接の製品です. 故に, 電流高調波が高調波発生の実際の原因である. 負荷が正弦波電圧から非線形の電流を描画するときに、電源ラインの高調波が生成されます. この頃はすべてのコンピュータがスイッチモード電源を使用 (SMPS) 内部電子回路のための低電圧DCを調節すること変換商用交流電圧. これらの電源は、線形電源に比較して高い効率を有し、あまりにも他のいくつかの利点を有する. しかし、原則として、スイッチングに基づいている, これらの非リニア電源は、高振幅短パルスの電流を引き込む. これらのパルスは、高調波が豊富であり、システムインピーダンスの両端の電圧降下を生じさせる. こうして, に示すように、主AC電源と直列に多くの小さな電圧源を作成する図2. ここでの図2 私は₃ 非線形負荷によって引き出される電流の第三高調波成分を指し, 私は₅ のように負荷電流の5次高調波成分と. Rは、ラインの分布抵抗を示しており、電圧源は、前述した要因を詳しく説明するように示されている. 故に, これらの短い電流パルスは、電流および電圧波形に大きな歪みを作成する. 形状のこの歪みは、高調波歪みと呼ばれ、その測定は、全高調波歪みの期間で行われる (THD). この歪みは、電源に戻って移動し、同じソースに接続された他の機器に影響を与えることができ. システム内の任意の場所にインストールされているすべてのSMPS設備、ユーティリティ、システムに余分な負荷を置き、コンポーネントは、それに搭載され、電源の連続歪みを発生させる固有の特性を持っている. 高調波は、工業セットアップに設置電気駆動装置とDC-DCコンバータによって生成される. 連続電力供給 (UPS) コンパクト蛍光ランプ (CFL) また、システム内の高調波の顕著な原因である. パワーエレクトロニクスコンバータより通常高い奇数次高調結果. 要約で, 高調波による電気回路網で生産されてい [2, 16, 26, 42]

整流器
電力変圧器鉄心の使用
溶接装置
可変速ドライブ
電圧と電流を定期的に切り替え
非正弦波エアギャップによってAC発電機, 束分布または歯リップル
SMPSのようなスイッチング素子, UPSとCFL

これは、電圧高調波による交流発電機に直接出ることができることをここで言及する価値がある, 非正弦波エアギャップによるもの, 配光, または歯のリップル, スロットの効果によって引き起こされる, その家の巻. 大型電源システムで, 細心の注意は、発電機からの正弦波出力を確保するためにとられている, しかし、この場合であっても回路内の任意の非直線性は、電流波形の高調波を生じさせるであろう. 高調波はまた、変圧器の鉄心に発生させることができる. このような変圧器コアは、非線形BH曲線を有する [37].

図 2.

により電流を持っていないに電圧非線形歪み

4. 高調波に関連する問題

調和的に汚染されたシステムは、その安定性のために多くの脅威を持っている. それだけでなく、電力品質を妨げる (PQ) しかし現在は、高調波が豊富であるとき, いくつかのデバイスで描画されます, それは、システムのオーバーロード. 例えば第三高調波電流が他の高調波成分とは異なり、システムの中性線に加算性を有している. これは、遮断器の誤ったトリップをもたらし. また、中立的なケーブルの絶縁体に影響を与える. 原因調和的に汚染され、現在までのケーブルのオーバーロードは、ワイヤに関連する損失が増加. また、基本的な構成要素からだけの電力が便利電力であることに留意すべきである, すべてが損失である休息. これらの追加損失は、より多くの電力損失が大きくなり、力率が悪いを作る. 電力系統における高調波の全体的な要約の効果は、以下のものが挙げられる [9, 18, 39]

力率改善用コンデンサと組み合わせたときの高調波の周波数が共振状態になることがあります
変圧器や発電所などのシステム要素における損失の増加
断熱材の高齢化
通信システムの中断
サーキットブレーカの誤ったトリップ
中性線での大電流

配電用変圧器は、Δ-Y結線を持っている. 高度三次高調波電流の場合、中性線にトラップされる電流は、変圧器内部の熱を増加させ、熱を作成し、. これは減少の生活や変圧器のディレーティングにつながる可能性が. 高調波の異なるタイプの電力システムに独自の影響を与える. たとえば、私たちは考えてみましょう 3^RD 高調波. すべての3つのフェーズの合計が中立のシステムではゼロであるバランスのとれた3相システムに反し, すべての3つのフェーズの第三高調波は同じです. だから、中性線につながります. 同じことが、トリプルN高調波に適用されます (の奇数倍 3 基本的な時代 9^番目の, 15^番目の等). これらの高調波電流は地絡保護リレーの誤ってトリップし、障害の主な原因である. 彼らはまた、その中に第三高調波汚染を有する場合、従って、システムがより厚い中性線を必要と中性線の熱を生成する. モータは、その中の第三高調波成分の電圧波形を供給している場合, それが唯一の追加損失を開発します, 便利なパワーは、基本波成分のみから来るように.

5. 高調波の監視基準

AC電力ネットワークにおける問題として高調波の同定, 高調波の監視と評価のための基準を考案するユーティリティおよび規制当局を余儀なくされた. 高調波制御用の標準規格は、このように、消費者と実用性の両方に対処. 故に, 顧客が規制を遵守していないし、共通結合点の電圧の歪みを作成している場合は、ユーティリティは、彼女/彼を罰することができます. IEEEのような様々な有名なエンジニアリング研究所, IECとIETは、グリッド内の高調波成分の注入を制限する法律を考案した. これらの規格は、ユーザーフレンドリーな健康的な電力品質システムを実現するために、主に有用です. IEEE規格は、広く世界のすべての地域に対処する能力のために引用されている. より多くがあります。 1000 電気工学分野でのIEEE規格. 電力品質上のIEEE規格, しかしながら, ここに私たちの主なインスピレーションです. 電力システムにおける高調波制御のIEEE規格が掲載されました 1992 そしてそれは、高調波に関連するすべての側面をカバー [7]. それが最大の高調波は、最大歪定義 5 % 電圧レベル≤69kVに. しかしながら, 電圧レベルが上昇しているように、この規格では、高調波の許容限度はに減少している 1.5 % ≥すべての電圧に 161 kVの. これは、個々の電圧歪みから始まることも言及する価値がある 3 % とで終了 1.0 % 69kVおよび≤≥の電圧レベル 161 それぞれKV. ビューでグローバルな要件を維持するように設計された標準規格に加えて, 地方当局は、負荷プロファイル、および気候条件に応じた独自の基準を考案. いくつかの世界的なニーズや要件に基づいているのに対し、基準のほとんどは、国の地域的要件に応じて作られてい. サウジアラビアの電力伝送のための許容範囲と、標準的な運用手順を定義して規制機関が存在する, ディストリビューションと生成. この本体は、電気やコージェネレーション規制当局として知られています [38]. 別に基準を考案するから、彼らはまた、アラブ首長国連邦の配電会社が定義されたいくつかの基準に従う. サウジ·エレクトリック社によって定義されたような規格の1つ (証券取引委員会) で 2007 そして「サウジグリッドコード」として知られています. 高調波はサウジ当局が設定した制限はほとんどIEEE標準としてではなく、少し柔軟性の限界についても同様である 3% 22kV-400kV送電の範囲内で動作するすべてのネットワークのためのTHD [35, 38]. テーブル 1 IEEE規格を比較, アブダビの配給会社や電気ネットワーク内の高調波限度に関するSEC標準. これは、高調波を制御するためのIEEE標準は、システムがインター高調波で汚染されている条件に沈黙していることを言及することは興味深い (基本周波数の非整数の周波数). そのような状態の電力会社は、IEC規格番号を使用するために61000から2-2。IECはまた、標準的な数の異なる電子機器のカテゴリを定義します 61000-3-2. これらのデバイスは、次いで、THDの異なる許容限度に供される. 例えば, クラスAは、全ての3相バランスの機器を持っている, 非携帯用工具, 音響機器, 唯一の白熱電球用の調光器. クラスAの制限高調波次数に応じて変化させる. だから、クラスAのデバイスの最大許容高調波電流である 1.08 するためのA 2^ND, 2.3するためのA 3^RD, 0.43するためのA 4^番目の, 1.14するためのA 5^番目のハーモニックス. このIEC規格の美しさは、それはまた、力率のために食料調達するということです. たとえば、クラスCのすべてのデバイス (白熱灯の調光以外の照明器具) 持っている 3^RD 回路力率の関数として、高調波電流制限.

	SEC標準	アブダビの配布会社	IEEEの制限
高調波	THDの制限がある 5% のために 400 Vシステム, と 4% と 3% のために 6.6- 20それぞれ40kVおよび22kV、400kV送電	THDの制限がある 5% のために 400 Vシステム, と 4% と 3% のために 6.6- 20それぞれ40kVおよび22kV、400kV送電	5% 以下のすべての電圧レベル用 69kVのと 3% 上記のすべての電圧のための 161 kVの

テーブル 1.

高調波規格の比較 [7, 35, 38]

ファジーロジックのような人工的なインテリジェントな技術に基づいて現代のシステム, ANFISおよびCIに基づく計算は、電力品質の高調波の基準を再設計するのに役立ち、データマイニングの難しさを軽減している [24, 25]. オーストラリアのような先進国では, カナダ, USA電力配電会社が既に部分的にスマートグリッドにシフトされ、それらは洗練されたセンサ及び測定器を使用している.

スマートグリッド環境の面では、これらのセンサは、事前にそれらを予測することによって問題を緩和するのに役立つだろう. スマートグリッド, インテリジェントな測定を行うことで、洗練されたアルゴリズムの助けによって、高調波のようなPQ問題を予測することができます, 事前に現在の障害. これは、進行中の3G技術を用いた電力品質監視は、中国の研究者によって実施されていることに言及することが適切である. これらは、リアルタイムデータを分析することができるGPRSのモジュールを使用し、そのアルゴリズムは、所望のPQ情報を取得するのに十分な、それがインテリジェントになる [22].

5. 高調波測定

調和的に汚染された環境での真の課題は、高調波を測定するための最良点を理解し、指定することです。. 今日では、エレクトロニクスの革命は、ACシステムを台無しにしていることはあまりそのユーティリティのほぼすべてのユーザーが高調波電流に貢献しています. さらに, いずれの国内地域の負荷プロファイルは、日内時間から1時間まで変化. そのようにエネルギー需要に対応するため、力率を改善するために, ユーティリティは、力率補正キャパシタオンオフ切り替える必要が. この周期的かつ非一様なスイッチングは、システム内の高調波を作成する. なお、エリア内の負荷情報, システム内の高調波の存在の順序に関するいくつかの基本的な情報を提供. それは高調波成分の鳥の目のビューを提供しますなどの情報は非常に便利です. しかし、高調波の正確な同定のためには、電力品質分析器を用いて、または、高速フーリエ変換のためのいくつかのデジタルオシロスコープを使用して、歪んだ波形を合成する必要がある (FFT). 例えば図3 制御整流器に流れる電流の一般的な合成を示す. 一旦同定, 高調波のレベルと種類 (3^RD, 5^番目の等) 軽減するための手順を考案することができる. これは、適切な測定は高調波フィルタを適切に設計するための鍵であることに留意すべきである. しかし、高調波レベルは、システム内の異なる測定箇所で異なる場合があります. 故に, ユーティリティは、システム内の高調波測定のための正しいポイントを識別するのに非常に正確である必要はあり. 標準規格の中, それは、IEEE標準です 519-1992 つまり、高調波測定を行うための操作手順を概説. この規格は、しかし、システムと計測機器の積分期間に関するいかなる制限を述べていない. それしかし, 最大需要の毎月のレコードのログを維持するためのユーティリティを制限 [5]. 各種デバイスは、システム内の高調波の測定を行うために互いに支持体に使用されている. これには次のものがあります

電力品質アナライザー
計器用変圧器ベースのトランスデューサ (CTとPT)

図 3.

制御コンバータの代表的なライン電流 [26]

様々な有名な企業は、優れたPQ分析装置を設計し、生産している. これらには、FLUKEを含む, AeMCs, 日置, DRANETZとELSPEC. これらの企業は、すべての支配的な高調波周波数を測定することができる単相及び三相PQ分析器を設計. 高調波測定のために使用されている装置はまた、適切な高調波測定のためにいくつかの制限に結合している. この制限は、以下の全ての高調波電流の正確な測定のためのように自然の中で技術的である 65^番目の高調波, サンプリング周波数は、この場合、少なくとも2回以上の所望の入力帯域幅は毎秒8kのサンプルであるべきである, 50Hzと60Hzのシステムをカバーする [5]. 主に, PQ分析装置は、CTベースのプローブに付属していますが、電圧と電流の定格に応じて、設計者は、広い動作周波数範囲と低歪みで、CTとPTを選択することができます. トランスデューサを有する装置の距離も高調波を測定する際に非常に重要である. 距離が長い場合、ノイズは、したがって、同軸ケーブルまたは光ファイバケーブル等を適切にシールドケーブルは非常に専門家によって推奨されている測定に影響を与えることができる [5]. 要するに, 高調波の測定は、共通結合のポイントになされるべきである (PCC) または非線形負荷が接続されている点で. 彼らはシステム内の高調波電流を注入することの中核貢献者であるので、これは特別な産業のサイトが含まれてい.

6. テクニックをパージする高調波

技術は問題が研究者によって識別されているので、この電力品質の問題に取り組むために設計され、テストされています. 高調波の緩和に対処した文献にはいくつかの技術がある. すべてのこれらの技術は、以下の傘下に分類することができます

受動的な高調波フィルター
アクティブ高調波フィルター
ハイブリッド高調波フィルター
スイッチング技術

6.1. 受動的な高調波フィルタ

パッシブフィルタ技術は、電力線高調波をフィルタリングするための最も古く、おそらく最も広く用いられる技術の一つである. 高調波低減の他に受動フィルタは、電力ネットワーク内の皮相電力の最適化のために使用することができる. 彼らは抵抗のような受動素子で構成されている, コンデンサとインダクタ. このようなフィルタの使用は、コストの全体的なフィルタは重量が重く、高価に大きなコンデンサやインダクタを必要とする. これらのフィルタは固定されており、一度インストールされているほど、ネットワークの一部になると、彼らは異なるフィルタリング周波数を取得するために再設計される必要がある. これらは、3相4線式ネットワークに最適と考えられている [18]. 彼らは主に、所望の周波数に同調され、ローパスフィルタである. Giacolettoと公園は、パソコンの電源に線電流高調波を低減する上での分析を提示 [10]. 彼らの作品は、このようなフィルタの使用は、高調波の低減のためによいことを示唆したが、これは線電流の無効分が増加します. パッシブフィルタ技術の様々な種類を以下に示す [18, 19].

シリーズ·パッシブ·フィルタ
受動フィルタシャント
ローパスフィルタやラインLCトラップフィルタ
位相シフト変圧器

6.1.1. シリーズ·パッシブ·フィルタ

一連の受動フィルタは、電源と負荷と直列に並列LCフィルタを有する受動フィルタの一種である. に示されているシリーズのパッシブフィルタ図4 単相アプリケーションに適しみなされ、特別に3次高調波を軽減するために、. しかしながら, それらはまた、他の周波数に同調することができる. 彼らは、共振を生産し、それらがチューニングされている周波数に高いインピーダンスを提供していません. これらのフィルタは、それらが全負荷電流を運ぶことができるように設計されなければならない. これらのフィルタは、メンテナンスフリーであり、MVARsまでに非常に高いパワー値に設計することができます [4]. 同期コンデンサのような回転部品を採用するソリューションと比較すると、彼らは、より少ないメンテナンスが必要です.

図 4.

パッシブ·シリーズ·フィルター [18]

6.1.2. 受動フィルタシャント

フィルタのこれらのタイプは、受動素子をベースとし、特に奇数次高調波をフィルタリングするための良好な結果を提供している 3^RD, 5^番目のと 7^番目の. 一部の研究者は、単同調フィルタとしてそれらを命名した, 二次減衰フィルタとCタイプ減衰フィルタ [3]. すべてのこれらのフィルタは、ラインにシャントに来るように、彼らは、シャント受動フィルタのカバーの下に落ちる, に示すように、図5. 高調波の次数を増加させると、作動中のフィルタが、より効率的にするが、それは設計する容易さを減少させる. 彼らは、彼らがためにチューニングされている周波数に低インピーダンスを提供. それらは、シャントに接続されているので、したがって、それらは唯一の高調波電流を運ぶように設計されている [18]. シャントの中にいる彼らの性質は、それらの供給側への荷重そのものになり、運ぶことができます 30-50% 彼らは電気ドライブのセットを供給している場合、現在のロード [13]. 経済的側面は、シャントフィルタは、それらが唯一の高調波電流に設計される必要があるという事実のために常に直列フィルタより経済的であることを明らかに. したがって、それらは、LとCの比較的小さいサイズが必要, コストを低減. さらに, それらは、定格電圧に対して設計されていない, このように、一連のフィルタよりも部品が少ないコスト高になる [33]. しかしながら, これらのタイプのフィルタ回路は、共振条件を作成することができ.

図 5.

異なる順序型シャント·フィルタ [3]

6.1.3. 低域通過フィルタ

ローパスフィルタが広く閾値周波数以上の高調波周波数のすべてのタイプの緩和のために使用される. 彼らは、非線形負荷で使用することができ. 彼らは、共振条件を作成することで、システムへの脅威をもたらすことはありません。. それらは、力率を改善するが、それらは、それらが全負荷電流を運ぶことができるように設計されなければならない. 一部の研究者は、線LCトラップフィルタとしてそれらを言及している [19]. これらのフィルタは、不要な高調波を遮断し、特定の周波数範囲を通過させる. しかしながら, 非常に細かい設計は限りカットオフ周波数が懸念しているように要求される.

6.1.4. 位相シフト変圧器

電源システムにおける厄介な高調波は主に奇数次高調波である. それらを阻止する一つの方法は、位相シフト変圧器を使用することである. これは、ネットワーク内の複数のソースから同じ種類の高調波を取り、180°度に交互にシフトした後、このようにキャンセルになり、それらを組み合わせて. 変圧器は、誘導ネットワークに似ているように、我々は受動フィルタの下でそれらを分類している. 位相シフト変圧器の使用は、マルチレベルのハイブリッドコンバータで高調波を抑制することでかなりの成功を生産している [34]. S. H. H. Sadeghiのet.al. ハーモニックプロファイルに基づいて設計されたアルゴリズムは、鉄鋼業界のような大規模な産業のセットアップでの変圧器の位相シフトが組み込まれて [36].

6.2. アクティブ高調波フィルタ

アクティブパワーフィルタ内 (APF) 我々は、非線形負荷により生成さ高調波歪みを除去するための電流成分を導入するために、パワーエレクトロニクスを使用し. 図 6 アクティブフィルタの基本概念を示している [27]. 彼らはラインに高調波成分を検出し、システムで検出された波の反転信号を生成して注入する [27]. APFの研究の2の駆動力は、現在の制御アルゴリズムであり、現在の分析メソッドを読み込み [23]. アクティブ高調波フィルタは主に電力変換器に必要な評価によってもたらさ制限による低電圧ネットワークに使用される [21].

図 6.

アクティブフィルタの概念実証 [27]

これらは、偶数高調波除去のための航空機の電力システムで使用されている [6]. 同じ受動フィルタのような、それらは接続方法に関して分類され、以下に示される [40].

シリーズアクティブ·フィルタ
アクティブ·フィルタシャント

から, それは多くの作業がアクティブフィルタの制御に行われている文献にそのための電力の電子ベースのコンポーネントを使用しています.

6.2.1. シリーズアクティブフィルタ

直列フィルタで示すような交流配電網に直列に接続されている図7 [33]. これは、高調波負荷による歪みだけでなく、ACシステムに存在するものを相殺するのに役立つ. アクティブフィルタこれらのタイプのマッチングトランスを使用して負荷と直列に接続されている. それらは、成分として電圧を注入すると制御電圧源とみなすことができる [33]. 欠点は、唯一の整合変圧器がそれを負担しなければならない負荷での電圧高調波に対して短絡の場合に応じることである [31].

6.2.2. アクティブフィルタシャント

並列フィルタは、AC配電網と並列に接続されている. 並列フィルタは、シャントフィルタとして知られており、非線形負荷によって生じる高調波歪みを相殺される. 彼らは、アクティブ·フィルタと同じ原理に動作しますが、それは彼らが負荷と並列に電流源として機能している述べたように、それらは並列に接続されている [21]. 彼らは、行の高調波を検出するために、高い計算能力を使用.

図 7.

シリーズアクティブ·フィルタ [33]

主にマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラベースのセンサは、高調波成分を推定するために制御論理を決定するために使用される. パワー半導体デバイスは、特にIGBTを用いている. 一部の研究者は、IGBTのアクティブフィルタの到来前にはほとんどの予算のオーバーシュートによる使用されなかったと主張している [11]. しかしながら, その有用性シャントのにもかかわらず、アクティブ·フィルタは、多くの欠点を持っている. 事実上、彼らは、システムパラメータの変更に対する迅速な対応で大きな定格PWMインバータを必要とする. システムは、どこかに接続され、受動フィルタを持っている場合, ハイブリッドフィルタの場合のようにして注入された電流は、それらの中を循環することがあり [28].

6.3. ハイブリッド高調波フィルタ

これらのタイプのフィルタは、パッシブおよびアクティブフィルタを組み合わせる. 彼らは、アクティブ·フィルタの利点が含まれているとパッシブおよびアクティブフィルタの欠点を欠いている. 彼らは業界で今非常に人気がある理由であるアクティブ·フィルタにおける電力変換器のコストを削減するために、低コスト、高出力のパッシブフィルタを使用する. ハイブリッドフィルタは、システムインピーダンスの影響を受けている, このように高調波補償を効率的な方法で行われ、それらは、システムインピーダンスとの共振を生じない [29]. これらのタイプのフィルタのための制御技術は、瞬間的な制御に基づいている, P-Qの理論とI ON_D-私_Q. K.N.M.Hasan et.al. P-Qと私の間で比較研究を発表_D-私_Q 電圧の場合のiの歪みを結論づけ技術及び_D-私_Q この方法では、わずかに良い結果を提供しています [12]. 彼らは通常、以下の方法で結合されている [21]

パッシブ·シリーズアクティブシリーズハイブリッドフィルター
パッシブ·シリーズのアクティブシャントハイブリッドフィルター
パッシブ·シャントアクティブシリーズハイブリッドフィルター
パッシブ·シャントアクティブシャントハイブリッドフィルター

6.3.1. パッシブ·シリーズアクティブシリーズハイブリッドフィルター

に示すように、ハイブリッドフィルタのこれらのタイプは、負荷と直列に接続されたフィルタの両方の種類を持っている図8 容量性負荷を供給するダイオード整流器のために良いと考えられている [32]

6.3.2. パッシブ·シリーズのアクティブシャントハイブリッドフィルター

ハイブリッドフィルタのこの品種は、並行して負荷とアクティブフィルタと直列に受動部品を持っている. AdilM. アルZamilら. 彼らの論文のフィルタのようなタイプを提案し、高電力能力を用い. 負荷と直列に配置することにより、受動フィルタの. 彼らは、変調された空間ベクトルパルスでアクティブフィルタを用いる (SVPWM) マイクロコントローラ上に実装. 彼らは、基準電流発生に必要なすべてのパラメータを計算するだけ線電流センサを用い. 彼らの提案するシステムは、最大満足に働いていた 33^RD 高調波と示された結果は、ラインリアクタンスを備えたシステムに基づいている 0.13 可能性. 彼らのシステムでは、アクティブフィルタに必要な帯域幅は、負荷電流の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの面倒を受動フィルタに比較的小さい. それらは、ハイブリッドシステムを設計するラインフィルタLおよびアクティブフィルタの容量Cは、電流と最小許容リップル電圧、スイッチング周波数リップルを許容できるレベルに応じて選択の妥協を必要とすることを提案 [1].

6.3.3. パッシブ·シャントアクティブシャントハイブリッドフィルター

これらのタイプのフィルタは、に示すように、負荷と並列に接続された受動的および能動的フィルタの両方を有している図9 [21]. 比較研究J.Turunenら. 彼らは小さな負荷と高電力負荷の場合には、かなり高い電力定格を必要とし、結果として結合トランスの最小変圧比を必要とすることを主張した貧しい現在のフィルタリングにおけるDCリンク制御結果の問題 [43].

6.3.4. パッシブ·シャントアクティブシリーズハイブリッドフィルター

その名の通りに示されるように、それがシリーズのアクティブフィルタを持つハイブリッドフィルタの種類やシャントのパッシブフィルタであり、意味図10. J. Turunenら. 比較研究ではハイブリッドフィルタのこの品種は、そのため非常に小さい変圧比を利用した負荷と同じ評価に必要なそれらの電力定格が負荷と比較して大きいと述べている [43].

図 8.

パッシブ·シリーズアクティブシリーズハイブリッドフィルター [32]

図 9.

パッシブ·シャントアクティブシャントハイブリッドフィルター [21]

図 10.

アクティブシリーズパッシブ·シャント·ハイブリッドフィルタ [29]

6.4. スイッチング技術

フィルタの設置方法を使用して他に, パワーエレクトロニクスは、ある程度までの高調波は、スイッチング技術を用いて除去することができるように汎用性があり. これらの技術は、アルゴリズムベースのパルス幅変調を前進させるために増加したパルス数と異なる場合があり (PWM). 最も広く使用されている正弦三角PWMは、提案された 1964. 以降で 1982 空間ベクトルPWM (SVPWM) 提案された [20]. PWMは変調指数のような関連するパラメータを変化させることによって、ユニークな結果が得られるスイッチングの魔法のテクニックです, 周波数および変調比を切り替える. 周波数変調率 'M「奇数とした場合に自動的に偶数次高調波を除去し [17, 26]. ここでは、スイッチング周波数の増加は、電流高調波を低減しますが、これは、スイッチング損失があまりにも多くなります. さらに, これは、EMCの問題を課しているので、我々は増加し、スイッチング周波数に維持することはできません [15]. D.G.Holmesら. キャリアベースのPWMの分析を提示し、それは異なる変調技術を用いて高調波キャンセルをピンポイントするためにいくつかの分析ソリューションを使用することが可能であることを主張. 設計者は、天然又は非対称正規サンプリングされたPWMを使用する場合、側波帯の高調波を除去することができる [14]. 出力は変調指数で遊んで向上させることができる. PWMのいずれかの特殊なタイプは、選択高調波除去と呼ばれている (SHE) PWMまたはプログラムされた高調波除去スキーム. この技術は、接地電圧に位相のフーリエ解析に基づいている. それは基本的に方形波の切り替えとPWMを組み合わせたものである. ここで、適切なスイッチング角度の選択は、ターゲットが高調波成分をゼロにする [26, 30]. SHE技術での最小 0.5 変調指数が可能である [41]. しかし、たとえ最高の彼女はいくつかのフィルタリングされていない高調波を使用してシステムを残した. J. Ponttら. SHEのPWMによるフィルタリングされていない高調波を処理する技術を発表. 彼らは我々の排除、彼女のPWMを使用した場合と述べた 11^番目のと 13^番目ののための高調波 12 オーダーの高調波、パルスの設定 23^番目の, 25^番目の, 35^番目のと 37^番目の電圧の歪みを定義する上で重要な役割を果たしている1である. 彼らは、三準位アクティブフロントエンド変換器の使用を提案し. 彼らは、変調指数を示唆し 0.8-0.98 高次高調波を緩和する 23^RD, 25^番目のと 35^番目の, 37^番目の [30]. いくつかの変更を加えて研究者は、SHE PWMが非常に低いスイッチング周波数で使用することができることを示した 350 ヘルツ. ハビエルナポレスら. この手法を提示し、それを選択高調波削減の新しい名前を付ける (SHM) PWM. 彼らはゼロに選択的な高調波が等しくなり7スイッチング状態と結果を使用 [8]. SHEのPWMに選択高調波の必要性がゼロではないので、これは優れています. これは、許容限界の下でそれを持って来るために、従来のPWMで十分です. Siriroj Sirisukprasertら. 出力段状波形の性質を変化させることにより、最適な高調波低減技術を発表し、変調指数を変える. 彼らは、2レベルの従来のインバータよりも優れているマルチレベルインバータに彼らの提案された技術をテスト. これらは、スイッチング波形と非常に狭く、非常に広いパルスを除外. SHEのPWMとは異なり、彼らは最小ターンを確保上記で説明し、その力を切り替えることで、オフにするようにスイッチに一度だけのサイクル. 伝統SHEのPWMに反し, この場合、変調指数が変化することができるまで 0.1. 出力は、それらが高いような変調指数の産生を分類するための種々の段階階段波形である, 低·中、目的の本当のポイントは、変調指数のすべてのこれらの3のクラスの切り替えは、スイッチごとに1周期に1回のであるということです [41]. 一部の研究者は、高調波制御のために、台形のPWM方式を使用. PWMこの種のユニポーラPWMスイッチングに基づいています. ここでは台形波形が三角波形と比較され、得られたPWMは、電源スイッチに供給される. 研究者はFL及びANNを含むAIベースの技術の使用を提案しているPWMベースの技術の他の高調波除去技術等.

7. 結論

この章では、電気的ネットワークには多くの電力システムの障害の原因である主要な電力品質問題の一つをまとめたもの. 高調波の発生源は、変圧器などの配電システムコンポーネントへの影響と一緒に議論されている, スイッチギヤ及び保護システム. 高調波とその測定技術の限界のための規制基準もここに提示されている. 高調波のパージ技術も提示され、高調波フィルタの種々の種類を簡単に提示されている. 知識基盤を強化する, また、この章では、PWM技術を使用して、高調波の制御を議論しています. この章によって、我々はこの分野での技術的な情報を収集しようと試みてきた. 高調波を完全に理解は、ユーティリティエンジニアしばしば高調波に関連した研究活動の溶液中に必要となるフレームワークを提供します.