발전기 공급 모터 제어 센터의 고조파 완화: 천연가스 감미 공장 — Mirus International
| 위치 | 브리티시컬럼비아, 캐나다 |
| 애플리케이션 | 천연가스 감미료 공장 - 아민 공정 냉각 팬 |
| MCC | 8 모터 제어 센터, 각각은 VSD로 독점적으로 로드됨 |
| MCC당 드라이브 조합 | 7 드라이브: 1×40 HP, 4×50 HP, 2×60HP (480 에) |
| 총 드라이브 | 56 가변 주파수 드라이브 8 MCC |
| 공급 | 현장 터빈 발전기 - 완전 단독형, 유틸리티 연결 없음 |
| 고조파 필터 | Mirus Lineator AUHF — MCC당 1개 |
| 사전 필터 THDv (예측) | > 16.5% — THDi 최대 40% |
| 사후 필터 (정확히 잰) | THDv 1.9% - THDi 5.7% 거의 완전 부하 상태에서 |
01 운영 상황: 산성 가스 처리 및 전력 품질이 안전에 중요한 이유
브리티시 컬럼비아의 한 천연가스 처리 및 운송 회사는 유독한 황화수소를 제거하는 시설인 천연가스 감미 공장을 운영하고 있습니다. (H2S) 파이프라인을 통해 안전하게 운송되기 전에 산성 가스로부터. 제거 공정에서는 가스 흐름에서 H2S를 흡수하는 아민 수용액을 사용합니다.. 아민 액체는 공정 전반에 걸쳐 신중하게 제어된 온도로 유지되어야 합니다.: 너무 따뜻하면 흡수 효율이 떨어집니다.; 너무 차가워서 프로세스가 중단됩니다..[1]
온도 조절은 가변 주파수 드라이브로 구동되는 냉각 팬을 통해 이루어집니다. (AFD). 아민 트레인이라고 불리는 8개의 프로세스 트레인 각각에는 7개의 프로세스 트레인을 포함하는 전용 모터 제어 센터가 있습니다. 480 V 드라이브: 하나 40 HP, 네 50 HP, 그리고 두 60 HP 단위. 8개의 MCC는 모두 현장 터빈 발전기에 의해 공급됩니다.. 배전망 연결이 없습니다..
무화과. 1. 천연가스 감미료 공장에 모터 제어 센터 설치, 브리티시컬럼비아. 8개의 MCC, 각 드라이브에는 7개의 주파수 변환기가 독점적으로 탑재되어 있습니다.. 출처: 미루스 인터내셔널.[1]
02 발전기 공급 MCC 문제: 표준 솔루션이 배제된 이유
2.1 고조파 로딩 그림
8개의 MCC, 각각 7개의 6펄스 VSD 부하 포함, connected to a common turbine generator bus. Without harmonic mitigation, the predicted Total Harmonic Voltage Distortion on the 480 V switchgear supplying the MCCs exceeded 16.5%, with current distortion as high as 40%.[1] These are not borderline numbers — they represent a system that would be in severe harmonic stress from the first day of operation.
The source of the problem is familiar from previous case studies in this series: turbine generators have high source impedance relative to a utility grid. The same harmonic currents that would produce modest THDv on a utility bus produce dramatically higher THDv on a generator bus. 과 56 drives all drawing harmonic current through the same generator source impedance, the cumulative effect was predicted to be severe.
2.2 Why each conventional solution was rejected
The project engineer, Dave Challoner, systematically evaluated the available mitigation options and found each unsuitable for this specific application:[1]
- 라인 리액터 — inadequate harmonic attenuation for a high-impedance generator source. A line reactor reduces harmonic current by adding series impedance, but on a generator-fed system the source impedance is already high, and the additional reactor impedance causes unacceptable voltage drop at the drive terminals without achieving meaningful THDv reduction at the bus level.
- 12- and 18-pulse solutions — would require a phase-shifting transformer per drive or per MCC. 과 56 small drives ranging from 40 에 60 HP, the cost of 56 또는 8 phase-shifting transformers made this option economically impractical. Multi-pulse solutions scale poorly to installations with many small drives.
- Tuned passive filters — 적용 시점의 완전한 고조파 환경에 대한 지식이 필요합니다.. 나머지 발전기 공급 전력 시스템의 고조파 기여도를 특성화하기가 어려웠습니다., 정확한 사이즈 측정이 불가능. 발전기 공급 시스템에서 잘못 조정된 필터는 특정 고조파 차수를 감쇠시키지 않고 증폭시키는 공진을 생성할 수 있습니다..
- 능동 필터 — 연속 사용에서 전력 전자 능동 필터 기술의 장기 신뢰성에 대한 불확실성, 안전이 중요한 프로세스 환경. 능동 필터는 수동 솔루션보다 더 많은 유지 관리가 필요하며 장애 모드는 더 파괴적일 수 있습니다..
03 Filter Selection: One Lineator per MCC
3.1 Why the Lineator AUHF was chosen
The Lineator AUHF (고급 범용 고조파 필터) VSD 공급업체의 추천으로 선택됨, 이 애플리케이션에 필요한 세 가지 특정 속성을 기반으로 Dave Challoner가 확인했습니다.:[1]
- 프리미엄 고조파 감쇠 — 6펄스 드라이브에 의해 생성된 전체 고조파 프로파일의 넓은 스펙트럼 감소, 특정 고조파 차수뿐만 아니라
- 안정적인 패시브 디자인 — 활성 전력 전자 장치 없음, 제어 시스템 없음, 소프트웨어 없음. 지속적인 안전이 중요한 프로세스 환경에서, 수동 필터의 단순성은 신뢰성과 낮은 유지 관리 부담으로 직접적으로 이어집니다.
- 시스템 독립성 — 필터는 발전기 버스의 다른 부하에서 발생하는 고조파 함량에 관계없이 사양에 따라 수행됩니다., 외부 고조파 환경에 대한 자세한 지식이 필요하지 않음
3.2 MCC 수준의 적용 전략
드라이브당 하나의 필터를 적용하는 대신 — 56 장치 — 각 MCC 라인업에 단일 Lineator가 적용되었습니다., 해당 MCC에 있는 7개 드라이브를 모두 동시에 필터링. 이 접근 방식은 Lineator의 크기가 MCC의 총 로드에 맞게 조정되기 때문에 작동합니다., 개별 드라이브가 아닌. 그 결과는 8개의 필터가 아닌 56, 상당한 비용 절감으로, 설치 복잡성, 그리고 패널 공간.[1]
04 검색 결과: 예측을 뛰어넘는 성능
거의 최대 부하에서 설치 후 측정을 통해 Lineator AUHF가 프로젝트 목표와 IEEE를 모두 초과했음을 확인했습니다. 519 지침 한도:[1]
THDv 결과는 1.9% 특히 주목할 만하다. 절반도 안 되는 수준이다. 5% 프로젝트 목표이며 IEEE보다 훨씬 낮습니다. 519 이 시스템에 적용되는 한도.[2] 아래의 THDv 2% 발전기 공급 시스템에서 56 VSD 부하는 탁월한 필터 성능을 나타냅니다.. THDi의 5.7% 마찬가지로 초과했다 8% 목표.
05 전력 품질 관점: 이 사례 연구에서 보여주는 내용
5.1 필터 선택 방법론 - 애플리케이션 요구 사항에 따른 제거
이 사례 연구는 응용 분야별 제약 조건을 기반으로 체계적인 제거를 통한 필터 기술 선택의 좋은 예입니다.. 제약 조건은 다음과 같습니다.: 발전기 공급 (라인 리액터는 불충분하고 튜닝된 필터는 너무 위험한 것으로 배제), 많은 작은 드라이브 (다중 펄스는 비용이 너무 많이 든다는 점을 배제), 안전이 중요한 연속 사용 (입증이 충분하지 않아 능동 필터를 배제합니다.). 제거 과정을 통해 모든 제약 조건을 동시에 충족하는 유일한 기술인 광역 스펙트럼 수동 필터가 탄생했습니다..
이 방법론 — 먼저 제약 조건을 정의합니다., 매칭 기술 두 번째 — 선호하는 솔루션으로 시작하여 이를 적용할 이유를 찾는 것보다 더 안정적입니다.. 또한 엔지니어링 근거에 대한 더 나은 문서를 생성합니다., 이는 프로젝트 관리에 대한 자본 지출을 정당화할 때 관련됩니다..
5.2 MCC 수준과. 드라이브 수준 필터링 - 각각 적절한 경우
드라이브별이 아닌 MCC 수준에서 필터링하기로 한 결정은 MCC 로드가 주로 또는 독점적으로 VSD 로드인 경우 유효합니다.. 이 경우, MCC당 드라이브 7개는 모두 가변 주파수 드라이브였습니다. 100% 비선형 하중. 이러한 조건 하에서, MCC 수준 필터링은 효과적이고 경제적입니다..
MCC에 VSD와 선형 부하가 혼합되어 있으면 미적분학이 변경됩니다. (직접 온라인 모터, 저항성 히터, 변압기). 이 경우, 선형 부하는 고조파를 생성하지 않지만 무효 전력을 소비합니다., 이는 필터에 표시되는 유효 부하를 변경합니다.. 선형 부하를 포함하여 전체 MCC 부하에 맞게 크기가 조정된 필터는 고조파 소스에 비해 크기가 너무 클 수 있습니다.. 그러면 드라이브별 필터링 또는 로드 혼합을 고려한 신중한 집계 크기 조정이 필요합니다.. 천연가스 감미 플랜트 애플리케이션은 다음과 같은 MCC 부하를 지정하여 이러한 복잡성을 피했습니다. 100% 드라이브 - 프로세스 요구 사항과 전력 품질 엔지니어링의 운 좋게 일치.
5.3 발전기 공급 패턴 - 반복되는 주제
이는 발전기 공급 단독형 시스템과 관련된 이 시리즈의 세 번째 연속 사례 연구입니다.: Plains All-American 파이프라인 역 (디젤 발전기, 단일 VSD), 근해 서비스 선박 (다중 발전기, DC 추진 드라이브), 이제 터빈 발전기 공급 발전소는 다음과 같습니다. 56 가로질러 운전하다 8 MCC. 패턴이 일관적이다: 배전망에서 관리할 수 있는 고조파 문제가 발전기 공급 시스템에서는 중요해집니다., and the solution in every case requires a filter technology that accounts for the high source impedance and the instability risk of the generator voltage regulator.
이 시리즈의 다음 기술 기사에서는 네트워크를 오염시키는 고조파 소스가 아닌 반대 방향에서 6펄스 정류기를 살펴보겠습니다., 그러나 공급 전압 품질이 좋지 않아 피해자가 됩니다.. 네트워크 측 PQ 문제가 드라이브 성능을 어떻게 저하시키는지 이해하면 드라이브와 전원 공급 장치 간의 양방향 관계에 대한 그림이 완성됩니다..
참조
- [1] 미루스인터내셔널(주), “사례 연구: 천연가스 감미 공장,” 응용 사례 연구, 미시소거, 온타리오, 캐나다. 사용 가능: mirusinternational.com
- [2] IEEE 표준 519-2022, “전력 시스템의 고조파 제어에 대한 IEEE 표준,” IEEE, 뉴욕, NY, 2022.