Técnicas de mitigação de harmônicas Aplicada às Redes de Distribuição de Energia

Fonte: Avanços em Eletrônica de Potência 2013 (2013), Artigo 591680, 10 páginas
http://dx.doi.org/10.1155/2013/591680
A Hussein. Kazem

Faculdade de Engenharia, University Sohar, P.o.. Caixa 44, 311 Sohar, Oman

Organizadora: Para Y. Kanaan

Abstrato

Um número crescente de técnicas de mitigação de harmônicas estão agora disponíveis, incluindo métodos ativos e passivos, ea seleção da técnica mais adequada para um caso particular pode ser um processo de tomada de decisão complicada. O desempenho de algumas destas técnicas é largamente dependente das condições do sistema, enquanto outros requerem uma análise extensa do sistema para evitar problemas de ressonância e insuficiência capacitor. A classificação das diferentes técnicas de mitigação de harmônicas disponíveis é apresentada neste artigo teve por objetivo apresentar uma revisão dos métodos de mitigação de harmônicas para pesquisadores, Designers, e engenheiros de lidar com sistemas de distribuição de energia.

1. Introdução

As características não lineares de muitas cargas industriais e comerciais, tais como conversores de energia, lâmpadas fluorescentes, informática, dimmers de luz, e acionamentos de motores de velocidade variável (VSDs) usado em conjunto com bombas industriais, fãs, e compressores e também em equipamentos de ar condicionado fizeram a distorção harmônica de uma ocorrência comum em redes de energia elétrica. As correntes de harmónicas injectadas por algumas destas cargas são geralmente demasiado pequenas para provocar uma distorção significativa nas redes de distribuição. Contudo, quando operando em grandes números, o efeito cumulativo tem a capacidade de causar graves distorções níveis harmónicos. Estes geralmente não perturbar o usuário final equipamento eletrônico, tanto quanto eles sobrecarregar os condutores neutros e transformadores e, em geral, causar perdas adicionais e fator de potência reduzida [1-5]. Grande conversores industriais e variadores de velocidade, por outro lado, são capazes de produzir níveis significativos de distorção no ponto de acoplamento comum (PCC), onde outros usuários estão conectados à rede [6, 7].

Devido à exigência estrita de qualidade de energia na rede eléctrica de entrada CA, vários padrões harmônicos e recomendações de engenharia, tais como IEC 1000-3-2, IEEE 519 (EUA), AS 2279, D.A.CH.CZ, IN 61000-3-2/EN 61000-3-12, e ER G5 / 4 (Reino Unido) são utilizados para limitar o nível de distorção no PCC. Para cumprir com estes padrões harmônicos, instalações que utilizam energia cargas eletrônicas e não-lineares costumam usar um dos números crescentes de técnicas de mitigação de harmônicas [8]. Devido ao grande número e variedade de métodos disponíveis, a selecção da técnica mais adequada para uma aplicação particular nem sempre é um processo fácil ou imediata. Muitas opções estão disponíveis, incluindo métodos ativos e passivos. Algumas das soluções tecnicamente mais avançados oferecem resultados garantidos e têm pouco ou nenhum efeito adverso sobre o sistema de potência isolado, enquanto que o desempenho de outros métodos simples pode ser largamente dependente das condições do sistema. Este artigo apresenta uma pesquisa abrangente sobre técnicas de mitigação de harmônicas em que um grande número de publicações técnicas têm sido analisados ​​e utilizados para classificar as técnicas de mitigação de harmônicas em três categorias: técnicas passivas, técnicas activas, e técnicas de redução de harmónicas híbridas utilizando uma combinação de métodos activas e passivas. Uma breve descrição das características elétricas de cada método é apresentado com o objectivo de proporcionar o designer e engenheiro local com uma escolha mais informada sobre as suas opções disponíveis quando se lida com os efeitos e as consequências da presença destes harmônicos na rede de distribuição.

2. Técnicas de redução de harmônicas passivos

Muitas técnicas passivas são disponíveis para reduzir o nível de poluição harmónica numa rede eléctrica, incluindo a conexão de reatores de linha da série, filtros de harmônicas sintonizados, e o uso de circuitos de conversor de impulsos mais elevadas, tais como o número de 12 pulsos, 18-pulso, e retificadores de 24 pulsos. Nestes métodos, as correntes harmónicas indesejáveis ​​pode ser impedido de fluir para o sistema por qualquer instalação de uma série de alta impedância para bloquear o seu fluxo ou o desvio do fluxo de correntes harmónicas, por meio de um caminho paralelo de baixa impedância [9].

Técnicas de mitigação de harmônicas utilizados para correção de fator de fornecimento de energia e harmônicos mitigação de duas formas de qualificar o desempenho de produtos. Uma delas é colocar um limite na PF para cargas acima de uma potência mínima especificada. Empresas de serviços públicos, muitas vezes colocar limites sobre os fatores de energia aceitáveis ​​para cargas (POR EXEMPLO, <0.8 liderança e >0.75 atraso). Uma segunda maneira de medir ou especificar um produto é definir limites máximos absolutos para a distorção harmônica. Este é geralmente expressa como limites para harmônicos ímpares (POR EXEMPLO, 1ª, 3rd, 5ª, 7ª, etc). Esta abordagem não precisa de qualquer qualificação carga mínima percentual e é mais relevante para a concessionária de energia elétrica.

Normas harmônicas ou diretrizes atualmente aplicada para manter os níveis de harmônicas de corrente e tensão em cheque. Como um exemplo, os limites de distorção de corrente no Japão ilustrados nas Tabelas 1 e 2 representam os valores máximo e mínimo de distorção harmônica total (THD) de tensão ea tensão harmônica quinto mais dominante em um sistema de energia típico [10].

Mesa 1: Tensão THD e tensão harmônica quinto em um sistema de transmissão de energia de alta tensão.

Tensão THD e tensão harmônica quinto em um sistema de transmissão de energia de alta tensão

Mesa 2: Tensão THD e tensão harmônica quinto em um sistema de distribuição de energia de 6,6 kV.

Tensão THD e tensão harmônica quinto em um sistema de distribuição de energia de 6,6 kV

Certas técnicas, , tais como o uso de filtros sintonizados, exigem uma análise extensa do sistema para evitar problemas de ressonância e fracassos de capacitores, enquanto outros, , tais como o uso de 12 impulsos ou 24 pulsos conversores, pode ser aplicada com virtualmente nenhum sistema de análise.

2.1. Efeito da Reatância Fonte

Típico AC atual onda em fase única e retificadores trifásicos estão longe de uma senóide. O fator de potência também é muito pobre por causa das altas conteúdo harmônico da forma de onda da corrente de linha. No retificador com uma pequena reatância fonte, a corrente de entrada é altamente descontínua, e, como consequência, a alimentação é fornecida a partir da fonte de utilidade a um factor de potência muito baixa.

A magnitude das correntes harmônicas em algumas cargas não-lineares depende muito da reatância total de entrada eficaz, composta pela reatância fonte mais qualquer reatância adicional. Por exemplo, dado um diodo retificador de 6 pulsos alimentando um capacitor do barramento CC e operando com corrente DC descontínua, o nível da corrente de entrada harmónica do espectro resultante é em grande parte dependente do valor da fonte de corrente alternada e uma reactância linha de reactância série acrescentado; quanto menor a reactância, quanto maior for o conteúdo harmónico [1-3].

Outras cargas não-lineares, tal como um díodo rectificador 6 pulsos alimentando uma carga DC altamente indutiva e de funcionamento com corrente contínua DC, atuar como fontes de correntes harmônicas. Em tais casos, a quantidade de distorção de tensão no PCC é dependente da impedância total do abastecimento, incluindo os efeitos de todos os capacitores para correção de fator de potência, com impedâncias maiores produtoras de distorções níveis mais elevados [7, 11].

2.2. Reatores de linha da série

O uso de reatores de linha CA da série é um meio comum e econômica de aumentar a impedância de fonte relativa a uma carga indivíduo, por exemplo, o retificador de entrada usado como parte de um sistema de acionamento do motor. O desempenho de atenuação harmónica dos reactores da série é uma função da carga; contudo, sua impedância eficaz reduz a proporcionalidade como a corrente através deles é diminuída [12].

2.3. Filtros de Harmônicas Tuned

Filtros de harmônicas passivos (PHF) envolver a série ou a ligação em paralelo de um circuito LC sintonizado e filtro passa-alto para formar um caminho de baixa impedância para uma frequência harmónica específico. O filtro está ligado em paralelo ou em série com a carga não-lineares para desviar a corrente harmónica de frequência sintonizado para longe da fonte de alimentação. Ao contrário dos reatores de linha da série, filtros de harmônicas não atenua todas as freqüências harmônicas, mas eliminar uma única frequência harmônica da onda de corrente de alimentação. Eliminando gaita na sua origem tenha sido demonstrado que é o método mais eficaz para reduzir as perdas de harmónicas no sistema de alimentação isolado. Contudo, o aumento do custo inicial implicou apresenta uma barreira a esta abordagem. Se o filtro paralelo são conectadas a montante, o trabalho de alimentação, custos mais elevados no dia-a-dia, irá acumular devido a perdas nos condutores e outros itens de plantas que transportam as correntes harmónicas. Reciprocamente, para o filtro ligado em série à carga, há aumento das perdas no próprio filtro. Estas perdas são simplesmente o resultado da impedância em série maior, que bloqueia o fluxo de harmónicos, mas aumenta a perda de linha, como resultado do fluxo dos restantes componentes da corrente de carga [12, 13]. O fator indutor do filtro de qualidade afeta o valor real do caminho de baixa impedância para cada filtro. Geralmente, um valor de entre gamas 20 e 100 [14]. Muitos tipos de filtros de harmónicas são comumente empregues, incluindo o seguinte:

2.3.1. Filtros de indução da série

Correntes harmônicas produzidas por fontes de alimentação chaveada e outros circuitos DC-to-DC conversor pode ser significativamente reduzida pela conexão de um indutor de série que pode ser adicionado em qualquer do circuito de alimentação AC ou DC [15-17], como mostrado na figura 1. Assim, muitas melhorias nestes filtros foram feitas.

(um)

(um)

(b)

(b)

(c)

(c)

(d)

(d)

Figura 1: (um) Os filtros indutor série para moldar atual, (b) O indutor de filtro condensador Ziogas, (c) A melhoria Yanchao no filtro Ziogas, e (d) A melhoria Hussein no filtro Yanchao.

Ziogas filtro passivo para retificadores monofásicos tem alguma redução no total de Harmônicas Distortion THD e melhoria na PF em comparação com retificador convencional. Também, Yanchoa filtro waveshaping usado para reduzir THD e aumentar o fator de potência. Ligar filtro autor no terminal de saída do retificador irá melhorar o fator de potência e reduzir a corrente de entrada THD da oferta.

2.3.2. DC-DC Converter atual Shaping

Como o filtro de indução da série, este circuito (Figura 2) pode reduzir significativamente a distorção corrente produzida por fontes de alimentação chaveada e outros circuitos conversor DC modulando o ciclo de trabalho da chave para controlar a forma de fornecimento de corrente de entrada para controlar uma forma de onda senoidal desejada [5, 18-20]. Assim, muitas melhorias nestes filtros foram feitas.

(um)

(um)

(b)

(b)

(c)

(c)

(d)

(d)

Figura 2: (um) Aumente conversor de corrente circuito formação, (b) conversor buck atual circuito formação, (c) melhorar a impulsionar o conversor de corrente circuito formação, e (d) melhorar conversor buck atual circuito formação.
2.3.3. Filtro ressonante em paralelo

Passiva sintonizado LC filtra para eliminar um determinado harmónica são muitas vezes utilizadas para reduzir o nível de componentes harmónicas de baixa frequência, como os produzidos por retificador trifásico e inversor circuitos 5 e 7. O filtro é geralmente ligados através da linha, como mostrado na figura 3. Se houver mais de uma harmónica é para ser eliminado, em seguida, um filtro shunt deve ser instalado para cada harmônico. Deve ser tomado cuidado para assegurar que as impedâncias de pico de um tal arranjo está sintonizado para frequências entre as frequências harmónicas necessárias para evitar causar elevados níveis de distorção da tensão no CCE da alimentação devido à presença de um circuito de ressonância LC [7, 12].

Um filtro ressonante paralelo conectado.
Figura 3: Um filtro ressonante paralelo conectado.
2.3.4. Conectada em série Filte Resonant

Este trabalho em um semelhante, em princípio, a versão paralela, mas com o sintonizado LC circuitos ligados em série com a alimentação. O filtro de série pode ser sintonizado para uma única frequência harmónica, ou pode ser multituned a uma série de frequências harmónicas. O arranjo multituned conecta vários filtros sintonizados em série, como mostrado na figura 4 mostrando um terceiro harmônico sintonizado LC circuito, e Lr3, e Cr3, e uma alta frequência sintonizada LC circuito, Orh e Crh para eliminar as harmónicas de alta ordem [5, 7, 12].

Dupla afinada série conectada filtro ressonante

Figura 4: Dupla afinada série conectada filtro ressonante.
2.3.5. Neutral Filtro Atual

Este filtro é ligada no condutor neutro entre o transformador e o local de carga de três fases para bloquear todas as harmónicas de frequência tripla, como mostrado na figura 5. Porque estes gaita de sequência zero triplos estão em fase uns com os outros, todos eles fluem através do condutor neutro, e é mais económico de bloqueá-los no neutro, em vez das fases individuais [5, 12].

Um neutro filtros que bloqueiam atuais.
Figura 5: Um neutro filtros que bloqueiam atuais.
2.3.6. Zigzag Filtro Aterramento

Através da integração de mudança de fase em um transformador simples ou multifásico com uma impedância extremamente baixa de seqüência-zero, redução substancial do triplo, 5ª, e 7 pode ser conseguida gaita. Este método fornece uma alternativa para proteger o condutor neutro do transformador de harmónicas triplas, anulando essas harmónicas perto da carga. Neste método, um autotransformador ligado em paralelo com a fonte pode fornecer um caminho de corrente de sequência zero para interceptar e cancelar gaita triplas, como mostrado na figura 6 [16].

descobrir 6
Figura 6: Zigzag autotransformador ligado a cargas não lineares trifásicas.
2.4. Conversores de pulso superior

Três fases, 6-pulso conversores estáticos de potência, tais como aqueles encontrados em CIV, gerar correntes harmônicas de baixa frequência. Predominantemente, estes são os 5, 7ª, 11ª, e 13 com outras ordens superiores harmônicos também presentes, mas em níveis mais baixos. Com um circuito de conversão de 6 pulsos, harmônicos de ordem 6k ± 1, onde k = 1, 2, 3, 4, e assim por diante, estarão presentes na forma de onda de corrente de alimentação. Em aplicações de alta potência, AC-DC baseado no conceito de multipulso, nomeadamente, 12, 18, ou 24 pulsos, são usados ​​para reduzir as harmónicas nas correntes de alimentação AC. Eles são referidos como conversores multipulso. Eles usam tanto uma ponte de diodos ou ponte de tiristores e um arranjo especial de fase de mudança de circuito magnético, tais como transformadores e indutores para produzir a alimentação requerida onda atual [9, 21-27].

2.4.1. 12-Pulso Retificação

Em grandes instalações de conversor, onde harmónicas geradas por um conversor de três fases pode alcançar níveis inaceitáveis, é possível ligar dois 6 pulsos conversores em série com estrela / transformadores de mudança de fase para gerar uma forma de onda de pulso 12 e reduzir as harmónicas sobre a oferta e os lados Carga, como mostrado na figura 7. Isto pode ser benéfico, apesar de o custo extra considerável dos transformadores. Doze pulso retificador é frequentemente especificada por engenheiros de consultoria para o aquecimento, ventilação, e aplicações de ar condicionado devido à sua capacidade teórica para reduzir a distorção harmônica.

Conexão corrigir série de 12 pulsos

Figura 7: Conexão corrigir série de 12 pulsos.

Em vez de ligar as duas pontes em série do conversor, eles podem também ser ligados em paralelo para se obter operação de 12 pulsos. Um arranjo 12 pulsos paralelo é mostrado na Figura 8. Conexões paralelas necessitam de cuidados especiais para assegurar um equilíbrio adequado entre as correntes puxadas por cada ponte. Reatância de dispersão secundária deve ser cuidadosamente acompanhado, e reatores extras são necessários no lado DC para absorver as diferenças instantâneas entre as duas formas de onda de tensão DC, [9, 22, 28].

Paralelo conexão doze pulso corrigir
Figura 8: Paralelo conexão doze pulso corrigir.

Quando se utiliza um sistema de 12 pulsos, 5 ª e 7 ª harmônicas desaparecer da onda de corrente de linha deixando o 11 º como o primeiro a aparecer. Somente harmônicos da ordem , onde = 1, 2, 3, 4, e assim por diante, estarão presentes na forma de onda de corrente de alimentação, resultando em um alto fator de potência, baixo THD na entrada de alimentação AC, e saída DC ondulação livre de alta qualidade.

2.4.2. 18-Pulso Retificação

Circuitos conversores dezoito pulsos, mostrado na figura 9, usar um transformador com três conjuntos de enrolamentos secundários que são desfasado por 20 graus com respeito um ao outro. Somente harmônicos dos 18k ordem ± 1, onde k = 1, 2, 3, 4, e assim por diante, estarão presentes na forma de onda de corrente de alimentação [9, 29].

18-pulso de conexão correta

Figura 9: 18-pulso de conexão correta.
2.4.3. 24-Pulso Retificação

Conectando dois circuitos de 12 pulsos com um deslocamento de 15 ° fase produz um sistema de 24 pulsos. Figura 10 mostra um tal sistema em que os dois circuitos de 12 pulsos são ligados em paralelo para produzir o sistema de 24 pulsos necessária. Os harmônicos 11 e 13 agora desaparecer da onda de corrente de alimentação deixando o 23 como o primeiro a aparecer. Somente harmônicos da 24k ordem ± 1, onde k = 1, 2, 3, 4, e assim por diante, estará presente em um sistema de 24 pulsos [9, 30].

24-pulso de conexão correta

Figura 10: 24-pulso de conexão correta.

3. Técnicas de redução de harmônicas ativos

Ao utilizar técnicas activas de redução de harmônicas, o Melhorar a qualidade de energia veio de injeção de distorção de corrente ou de tensão igual-mas-oposta na rede, anulando a distorção originais. Filtros de harmônicas ativos (SAIA) utilizar comutação fast-isolados portão transistores bipolares (IGBTs) para produzir uma corrente de a forma desejada de tal modo que a saída quando injectado na linha AC, ele cancela os harmônicos carga gerados originais. O coração da AHF é a parte do controlador. As estratégias de controlo aplicados à AHF desempenham um papel muito importante na melhoria do desempenho e da estabilidade do filtro. AHF é projetado com dois tipos de esquema de controle. O primeiro executa transformação rápida de Fourier para calcular a amplitude e ângulo de fase de cada ordem harmónica. Os dispositivos de poder são direcionados para a produção de um ângulo de fase atual de igual amplitude, mas opostas para as ordens harmônicas específicas. O segundo método de controlo é muitas vezes referida como o cancelamento do espectro completo em que a forma de onda de corrente total é usado pelo controlador do filtro, , que remove o componente de frequência fundamental e dirige o filtro para injectar a inversa da forma de onda remanescentes [31-38].

Tipicamente, esses filtros são dimensionados com base em quanto harmônica do filtro pode produzir, normalmente em incrementos de amperagem de 50 ampères. A amperagem apropriada de AHF pode ser escolhido depois de determinar a quantidade de corrente harmónica cancelamento.

Essencialmente, o filtro é constituído por um VSD com um controlador electrónico especial, que injecta a corrente harmónica no sistema 180 fora de fase para os harmônicos do sistema ou unidade. Isso resulta em cancelamento de harmônicos. Por exemplo, se o VSD criado 50 A de corrente harmônica 5, eo AHF produzidos 40 A de corrente harmônica 5, a quantidade de corrente harmónica 5 exportada para a rede seriam utilitário 10 A. O AHF pode ser classificada como uma filtros monofásicos ou trifásicos.

Também, , poderia ser classificado como paralelo ou em série AHF acordo com a configuração do circuito.

3.1. Filtros Ativos Paralelos

Este é o tipo mais utilizado de AHF (mais preferível do que séries AHF em termos de forma e função). Como o nome indica, que está ligado em paralelo ao circuito de corrente principal, como mostrado na figura 11. O filtro é utilizado para anular as correntes harmônicas da carga, deixando a livre corrente de alimentação de qualquer distorção harmônica. Filtros paralelos têm a vantagem de carregar os componentes de correntes harmônicas de carga e não apenas a corrente do circuito de carga total [39-44].

Filtro ativo paralelo

Figura 11: Filtro ativo paralelo.

AHF pode ser controlado com base nos seguintes métodos:

  • o controlador detecta a corrente de carga instantânea EuO,
  • o AHF extrai a corrente harmônica EuLh a partir da corrente de carga detectada EuO por meio de processamento de sinal digital,
  • o AHF chama a corrente de compensação EuDE a partir da tensão de alimentação utilidade Ems como para anular a corrente harmônica EuLh [45].
3.2. Série Filtros Ativos

A configuração do circuito principal para este tipo de AHF é mostrado na figura 12. A ideia é a de eliminar as distorções harmónicas de tensão e melhorar a qualidade da tensão aplicada à carga. Isto é conseguido através da produção de uma largura de pulso sinusoidal modulada (PWM) forma de onda de tensão através do transformador de conexão, que é adicionada à tensão de alimentação para contrariar a distorção entre a impedância de alimentação e apresentar uma tensão sinusoidal através da carga. Série AHF tem que transportar a corrente de plena carga aumentando suas classificações atuais e IR2 perdas em comparação com os filtros paralelas, especialmente através do lado secundário do transformador de acoplamento [43].

Série filtro ativo

Figura 12: Série filtro ativo.

Ao contrário do AHF shunt, a série AHF é controlado na base dos seguintes métodos:

(Eu) o controlador detecta a corrente de alimentação instantânea,

(ii) o AHF extrai a corrente harmônica a partir do abastecimento de corrente detectado pelo meio de processamento de sinal digital,

(iii) o filtro ativo aplica-se a tensão de compensação através do primário do transformador. Isto irá resultar numa redução significativa no fornecimento de corrente harmónica () , quando o ganho do feedback é definido para ser alta o suficiente [45].

Uma AHF com ambas as séries e paralelos (desvio) seções conectadas, como mostrado nas Figuras 11 e 12, respectivamente, pode ser usado para compensar tanto gaita de tensão e corrente simultaneamente [34-36]. Em todos os casos, o requisito crucial de qualquer circuito de AHF é calcular o actual compensação exigida precisão e em tempo real.

4. Técnicas de redução de harmônicas híbridos

Conexões híbridos de AHF e PHF também são empregues para reduzir os níveis harmónicos de distorção em rede. O PHF com características de remuneração fixa é ineficaz para filtrar as correntes harmônicas. AHF supera os inconvenientes da PHF, utilizando o conversor de energia de modo de comutação para realizar a eliminação de corrente harmónica. Contudo, o custo de construção AHF em uma indústria é muito alta. A potência AHF de conversor de energia é muito grande. Estes ligados as aplicações de AHF utilizados no sistema de alimentação. Filtro harmônico híbrido (HHF) topologias foram desenvolvidos [46-51] para resolver os problemas de energia reativa e correntes harmônicas de forma eficaz. Usando PHF baixo custo no HHF, a potência do conversor ativo é reduzido em comparação com o de AHF. HHF retém as vantagens de AHF e não tem as desvantagens dos PHF e AHF. Figura 13 mostra um número de possíveis combinações híbridas. Figura 13(um) é uma combinação de shunt AHF e PHF shunts. Usando uma combinação de PHF fará uma redução significativa na classificação do AHF. Como resultado, nenhuma ressonância harmônica ocorre, e nenhuma corrente flui harmônicas na oferta. Em [50], autor alegou que, em HHF a AHF pode melhorar o desempenho do filtro e suprimir a ressonância harmônica de PHF existente. Figura 13(b) mostra uma combinação de séries de AHF com o fornecimento e uma derivação de PHF. O autor de referência [46] descobriram que esta topologia não é adequado para a compensação inter-harmônica de baixa frequência, porque o AHF apresenta uma alta tensão de compensação, que pode interferir com as cargas a jusante não-lineares de fase controlados.

Conexões híbridas de filtros ativos e passivos

(um)

Conexões híbridas de filtros ativos e passivos

(b)

Conexões híbridas de filtros ativos e passivos

(c)

Figura 13: Conexões híbridas de filtros ativos e passivos.

Figura 13(c) mostra um AHF em série com uma derivação de PHF. Em todos os casos, , é exigido que os filtros de uma compensação partes combinação híbrida adequadamente no domínio da frequência [51]. Uma série de melhorias e pesquisas têm sido feitas sobre as estratégias de controle de filtros de harmônicas híbridos.

O AHF e PHF são utilizados para gerar a tensão equivalente, que está relacionada com a corrente harmónica eléctrica utilizando métodos diferentes (ou seja,, método de variação de impedância) como mostrado na figura 13(c). A alimentação de corrente harmónica é suprimida, aumentando a relação de impedância da fonte eficaz para os componentes harmónicos. Para conseguir uma tensão constante barramento CC do AHF, um controlador de tensão PI é empregue. Um comparador de tensão da histerese é utilizado para controlar a tensão de saída para efectuar a impedância equivalente de conversor activa [48, 49]. HHF é rentável e se torna mais prático em aplicações industriais.

Controlador AHF principalmente está dividido em duas partes, que é, geração atual de referência e PWM atual. O atual controlador PWM é usado principalmente para a prestação de pulso gating à AHF. Em referência ao esquema atual geração, corrente de referência é gerado utilizando a forma de onda distorcida. Muitos esquemas de controle existem para referência atual geração, tal como

teoria, controlador de caloteiro, neuro, controle adaptativo, controle wavelet, felpudo, modulação delta-sigma, controle por modos deslizantes, controle de vetores, controle repetitivo, e controle de SFX para melhorar o estado de equilíbrio e desempenho dinâmico de SAIA [52-59].

4.1. Método de p-q

Teoria de potência reativa instantânea foi publicado em 1984. Baseado nesta teoria, o chamado p-q "método foi aplicado com sucesso no controlo de AHF. Componente de seqüência zero é negligenciada neste método, e por isso a p-q método não é exato quando o sistema trifásico é distorcida ou desequilibrada.

4.2. Método de d-q

Com base na transformação parque, o d-q método veio. A corrente de carga de três fases pode ser decomposto em sequência positiva, seqüência negativa ea componente de seqüência zero. A corrente no d-q quadro Eud e Euq pode ser transformada a partir da seqüência positiva e seqüência negativa usando um PLL (fase de loop fechado). A divisão da corrente alternada e de componentes de CC podem ser obtidas através de uma passagem baixa de PHF-. O sinal de corrente de referência pode ser alcançado mediante a componente AC em d-q quadro através de um countertransformation.

4.3. Teste direto e Cálculo Método (DTC)

Separação das componentes harmónicas e reactiva da corrente de carga é o objectivo da corrente do gerador de referência. A principal característica deste método é a derivação directa do componente de compensação da corrente de carga, sem o uso de qualquer transformação referencial. Na verdade, este método apresenta um problema de oscilação de baixa freqüência na tensão do barramento DC AHF.

4.4. Synchronous Fame Método de Referência (SRF)

Correntes reais são transformados numa estrutura de referência síncrono neste método. O quadro de referência está sincronizado com a tensão da rede de CA e está a rodar na mesma frequência. Neste método, as correntes de referência são derivados diretamente das correntes de carga reais, sem considerar as tensões de origem, que representam as características mais importantes deste método. A geração dos sinais de referência não é afetada pela distorção ou desequilíbrio de tensão, portanto, aumentando a robustez remuneração eo desempenho.

4.5. Controle de histerese de corrente

O princípio de base deste método de controlo é que os sinais de comutação são derivados a partir da comparação do sinal de erro de corrente com uma largura de banda de histerese fixo. Esta técnica de controle atual apresenta algumas características insatisfatórios devido à simples, extrema robustez, dinâmica rápida, boa estabilidade, e características de corrente limitada automáticas.

4.6. Triângulo-Comparação PWM Controle

Este método de controle também é chamado de controle de corrente linear. O triângulo de comparação convencional PWM princípio de controlo é que o sinal de modulação conseguida por um regulador de corrente a partir do sinal de erro actual é intersectada com a onda triangular. Depois disso, sinais de impulso são obtidos para controlar os interruptores do conversor. Com analógico circuito PWM, este método de controle tem aplicação simples com alta velocidade de resposta. Porque a frequência de modulação é igual à frequência de triângulo, a atual frequência de cruzamento de ganho de malha deve ser mantido abaixo da freqüência de modulação.

4.7. Space Vector Modulation (SVM)

O objetivo deste método é encontrar as combinações de comutação apropriados e os seus rácios de serviço de acordo com o determinado esquema de modulação. O SVM opera num plano complexo dividida em seis sectores separados por uma combinação de condução ou não condutora interruptores no circuito de alimentação. O vector de referência é usada para localizar dois vectores de estado de comutação adjacentes e calcular o tempo durante o qual cada um está activo. SVM é de baixa velocidade de resposta causada pelo atraso inerente cálculo, devido à antijamming forte ea boa confiabilidade da técnica de controle digital. A fim de resolver a desvantagem, a melhoria da adoção de controle de caloteiro e um certo oversize dos componentes reativos do sistema é aconselhável.

Atualmente, as tendências de pesquisa das estratégias de controle AHF são principalmente para a otimização e aplicação prática das estratégias de controle. No final, os critérios comparativos para PHF, AHF, HHF e pode ser resumida com base na seguinte:

(Eu) o custo do equipamento e da instalação,

(ii) índices de harmônicas (ex. Euh, THDEu, TDD, e PWHD) ,

(iii) tempo e falha taxa vida,

(iv) manutenção e engenharia.

5. Conclusões

Confiabilidade do sistema elétrico e funcionamento normal dos equipamentos elétricos dependem fortemente uma distorção alimentação livre limpo. Os designers e engenheiros que desejam reduzir o nível de poluição harmônica em uma rede de distribuição de energia, onde as cargas não-lineares geradoras de harmônicas estão conectados têm várias técnicas de mitigação de harmônicas disponíveis. Devido ao grande número e variedade de métodos disponíveis, seleção da técnica mais adequada para uma determinada aplicação nem sempre é um processo fácil ou simples. Uma ampla categorização de diferentes técnicas de mitigação de harmônicas (passiva, ativo, e híbridos) foi realizada para dar um ponto de vista geral sobre este tema amplo e rápido desenvolvimento. PHF é tradicionalmente usado para absorver correntes harmônicas por causa do baixo custo e da estrutura simples e robusta. Contudo, eles oferecem remuneração fixa e criar ressonância sistema. AHF fornece várias funções, tais como redução de harmônicos, isolamento, amortecimento e terminação, balanceamento de carga, Correção PF, e regulação de tensão. O HHF é mais atraente em filtragem de harmônicas do que os filtros puros de viabilidade e pontos de vista econômico, especialmente para aplicações de alta potência. Espera-se que a discussão e classificação de técnicas de mitigação de harmônicas apresentados neste artigo irá fornecer algumas informações úteis para ajudar a fazer a seleção de um método de redução de harmônicos apropriado para uma determinada aplicação em uma tarefa mais fácil.

Referências (clique para expandir)

Referências

  1. A. Mansoor, Em. M. Grady, A. H. Chowdhury, e M. J. Samotyi, "Uma investigação de harmônicos atenuação e diversidade entre energia cargas eletrônicas monofásicas distribuídas,"IEEE Transactions on Power Delivery, vôo. 10, não. 1, pp. 467-473, 1995. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  2. A. Mansoor, Em. M. Grady, R. S. Thallam, M. T. Doyle, S. D. Krein, e M. J. Samotyj, "Efeito de harmônicos de tensão de alimentação em corrente de monofásicos retificador cargas entrada,"IEEE Transactions on Power Delivery, vôo. 10, não. 3, pp. 1416-1422, 1995. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  3. G. Carpinelli, F. Iacovone, P. Varilone, e P. Verde, "Fase de conversores de fonte de tensão única: modelagem analítica para análise harmônica em condições de corrente contínua e descontínua,"International Journal of Power and Energy Systems, vôo. 23, não. 1, pp. 37-48, 2003. Ver a Scopus
  4. Ele. F. El-Saadany and M. M. A. Salama, "Efeitos de redução da corrente harmônica líquida produzida por cargas não-lineares monofásicas devido à atenuação e diversidade,"International Journal of Energy Systems Energia Elétrica e, vôo. 20, não. 4, pp. 259-268, 1998. Ver a Scopus
  5. T. Chave e J. S. Que, "A análise dos métodos de mitigação de harmônicas para sistemas de cabeamento de construção,"IEEE Transactions on Power Systems, vôo. 13, não. 3, pp. 890-897, 1998. Ver a Scopus
  6. M. H. Rashid e A. Eu. Maswood, "Um novo método de avaliação harmônico gerado pelo trifásico AC-DC conversores sob condições de suprimento desequilibrado,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 24, não. 4, pp. 590-597, 1988. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  7. R. Ele. Owen, M. F. McGranghan, e J. R. Vivirito, "Harmônicos da rede de distribuição: controles para grandes conversores de energia,"IEEE Transactions on Aparelhos e Sistemas de Potência, vôo. 101, não. 3, pp. 644-652, 1982. Ver a Scopus
  8. T. Hoevenaars, K. LeDoux, e M. Colosino, "Interpretar IEEE STD 519 e conhecer os seus limites harmônicos em aplicações VFD,"In Anais da Conferência Técnica Anual 50 do Comitê de Petróleo e Indústria Química, pp. 145-150, Houston, Tex, EUA, Setembro 2003. Ver a Scopus
  9. B. Singh, B. N. Singh, A. Chandra, K. Al-Haddad, A. Pandey, e D. P. Kothari, "A revisão dos trifásico melhor qualidade de energia AC-DC conversores,"IEEE Transactions on Electrónica Industrial, vôo. 51, não. 3, pp. 641-660, 2004. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  10. "A investigação sobre a execução das diretrizes harmônicas para aplicações elétricas domésticas e de escritório,"Os japoneses IEE do Japão Relatório do Comitê Nacional SC77A, 2002.
  11. R. O. Smith e R. P. Stratford, "Sistema de energia efeitos harmônicos de unidades de velocidade ajustável,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 20, não. 4, pp. 973-977, 1984. Ver a Scopus
  12. J. C. O, Análise de Sistemas de Potência, Fluxo de Carga de Curto-Circuito e harmônicos, Marcel Dekker, Nova Iorque, Nova Iorque, EUA, 2002.
  13. D. Alexa, A. Sirbu, e D. M. Dobrea, "Uma análise dos retificadores trifásicos com correntes de entrada quase senoidais,"IEEE Transactions on Electrónica Industrial, vôo. 51, não. 4, pp. 884-891, 2004. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  14. Ele. B. Makram, Ele. Em. Subramaniam, A. A. Girgis, e R. Catoe, "Design filtro harmônico usando dados registrados reais,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 29, não. 6, pp. 1176-1183, 1993. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  15. T. S. Chave e J. S. Que, "Comparação dos padrões e opções de design da fonte de alimentação para limitar a distorção harmônica em sistemas de energia,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 29, não. 4, pp. 688-695, 1993. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  16. A. R. Prasad, P. D. Ziogas, e S. Manias, "Um método waveshaping passiva novela para diodos retificadores monofásicos,"IEEE Transactions on Electrónica Industrial, vôo. 37, não. 6, pp. 521-530, 1990. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  17. J. Yanchao e F. Wang, "Retificador monofásico com novo filtro passivo,"IEE procedendo Circuitos Dispositivos de Sistemas, vôo. 145, não. 4, pp. 254-259, 1998.
  18. K. Hirachi, T. Iwade, e K. Shibayama, "Melhoria da estratégia de controle em um tipo step-down conversor de alto fator de potência,"Registro Nacional de Conversão de Eletrônica Industrial Engenharia Japão, pp. 4.70-4,71, 1995.
  19. R. Ltoh, K. Lshizaka, H. Oishi, e H. Okada, "Monofásico fanfarrão retificador empregando circuito de inversão de tensão para corrente de entrada sinusoidal waveshaping,"Proceedings IEE: Aplicações de Energia Elétrica, vôo. 146, não. 6, pp. 707-712, 1999. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  20. C. A. Canesin e I. Barbi, "Um romance monofásica ZCS-PWM de alta potência fator de impulso retificador,"IEEE Transactions on Power Electronics, vôo. 14, não. 4, pp. 629-635, 1999. Ver a Scopus
  21. P. J. A. Ling e C. J. Eldridge, "Projetar sistemas elétricos modernos com transformadores que inerentemente reduzir a distorção harmônica em um ambiente rico em PC,"In Anais da Conferência de Qualidade de Energia, pp. 166-178, 1994.
  22. J. C. Ler, "O cálculo do retificador e as características de desempenho do inversor,"Jornal do Instituto de Engenheiros Elétricos, vôo. 92, não. 2, pp. 495-509, 1945.
  23. Ele. J. Cham e T. R. Specht, "O ANSI 49 retificador com mudança de fase,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 20, não. 3, pp. 615-624, 1984. Ver a Scopus
  24. R. Hammond, O. Johnson, A. Shimp, e D. Mais difícil, "As soluções magnéticos para alinhar redução harmônica,"In Anais da Europa pela Conferência Internacional Power Conversion (PCIM '94), pp. 354-364, San Diego, Califa, EUA, 1994.
  25. S. Kim, P. N. Enjeti, P. Packebush, e I. J. Pitel, "Uma nova abordagem para melhorar o fator de potência e reduzir harmônicos em um retificador interface do utilitário tipo trifásico diodo,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 30, não. 6, pp. 1557-1564, 1994. Ver a Scopus
  26. S. Choi, P. N. Enjeti, e I. J. Pitel, "Arranjos polifásicos de transformadores com capacidade kVA reduzidas para redução da corrente harmônica na interface do utilitário do tipo retificador,"IEEE Transactions on Power Electronics, vôo. 11, não. 5, pp. 680-690, 1996. Ver a Scopus
  27. B. M. Pássaro, J. F. Pântano, e P. R. McLellan, "Redução Harmônica em conversores multiplex por injeção de corrente triple-freqüência,"Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, vôo. 116, não. 10, pp. 1730-1734, 1969.
  28. E. S. Tzeny, "Análise Harmônica de paralelo conectado pulso 12 retificador não controlado, sem um transformador de interfase,"Procedendo IEE Aplicações de Energia Elétrica, vôo. 145, não. 3, pp. 253-260, 1998. Ver em Editor · Ver em Google Scholar
  29. M. Karl Hink, "Discos de 18 pulsos e de desequilíbrio de tensão," http://mtecorp.com/18pulse.html.
  30. T. H. Chen e M. E. Huang, "A modelagem de rede de retificador de 24 pulsos transformadores para simulação rigorosa de sistemas de energia trânsito ferroviário,"Electric Power Systems Research, vôo. 50, não. 1, pp. 23-33, 1999. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  31. Ele. F. El-Saadany, R. Elshatshat, M. M. A. Salama, M. Kazerani, e A. E. Chikhani, "Reactance um porta compensador e filtro ativo modular para redução de harmônicos de tensão e corrente em sistemas de distribuição não-lineares: um estudo comparativo,"Electric Power Systems Research, vôo. 52, não. 3, pp. 197-209, 1999. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  32. J. R. Johnson, "O uso adequado de filtros de harmônicas ativos para beneficiar fábricas de celulose e papel,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 38, não. 3, pp. 719-725, 2002. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  33. D. Li, Q. Chen, O. Jia, e J. A, "Um filtro activo romance com compensação de fluxo magnético fundamentais,"IEEE Transactions on Power Delivery, vôo. 19, não. 2, pp. 799-805, 2004. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  34. Em. M. Grady, M. J. Samotyi, e A. H. Noyola, "Levantamento de metodologias ativas de condicionamento de linha,"IEEE Transactions on Power Delivery, vôo. 5, não. 3, pp. 1536-1541, 1990.
  35. M. Takeda, K. Ikeda, e Y. Tominaga, "Compensação corrente harmônica com filtro ativo,"In Anais da Reunião Anual IEEE / IAS, pp. 808-815, 1987.
  36. O. O, O. M. Tolbert, e J. N. Chiasson, "Eliminação harmônica ativa para conversores multinível,"IEEE Transactions on Power Electronics, vôo. 21, não. 2, pp. 459-469, 2006. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  37. S. Bhattacharya, T. M. Franco, D. M. Divã, e B. Banerjee, "Implementação de sistema de filtro de atividade,"IEEE Industry Applications Revista, vôo. 4, não. 5, pp. 47-63, 1998. Ver a Scopus
  38. Eu. Takahashi, S. G. Li, e Y. Omura, "O baixo preço e alta potência filtro ativo,"In Anais da Reunião Anual IEEE / IAS, pp. 95-98, 1991.
  39. G. Em. Chang e t. C. Shee, "A referência atual estratégia de compensação da novela para shunt controle ativo filtro de energia,"IEEE Transactions on Power Delivery, vôo. 19, não. 4, pp. 1751-1758, 2004. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  40. H. Akagi, "A estratégia de controle e seleção do local de um filtro ativo shunt para amortecimento de propagação harmônica em sistemas de distribuição de energia,"IEEE Transactions on Power Delivery, vôo. 12, não. 1, pp. 354-362, 1997. Ver a Scopus
  41. A. Cavallini e G. C. Montanari, "Estratégias de compensação de shunt de controle ativo-filtro,"IEEE Transactions on Power Electronics, vôo. 9, não. 6, pp. 587-593, 1994. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  42. H. Akagi, H. Fujita, e K. Wada, "Um filtro ativo shunt baseado em detecção de tensão para a rescisão harmônica de uma linha de distribuição de energia radial,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 35, não. 3, pp. 638-645, 1999. Ver a Scopus
  43. H. E H Fujita. Akagi, "Conexão dos filtros passivos e ativos de sistemas de série A abordagem prática para compensação harmônica no poder,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 27, não. 6, pp. 1020-1025, 1991. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  44. F. O. Peng, H. Akagi, e A. Nabae, "Uma nova abordagem para a compensação harmônica em sistemas de energia, um sistema combinado de derivação passiva e uma série de filtros ativos,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 26, não. 6, pp. 983-990, 1990. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  45. H. Akagi, "Filtros de harmônicas ativos,"Proceedings of the IEEE, vôo. 93, não. 12, pp. 2128-2141, 2005. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  46. D. Básico, Em. S. Ramsden, e P. K. Muttik, "Sistema de controle de filtro híbrido com filtros adaptativos para a eliminação seletiva de harmônicos e inter,"Proceedings IEE: Aplicações de Energia Elétrica, vôo. 147, não. 4, pp. 295-303, 2000. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  47. S. Senini e P. J. Lobo, "Filtro ativo híbrido para harmonicamente desequilibrados trifásicos três cargas de tração ferroviária fio,"IEEE Transactions on Power Electronics, vôo. 15, não. 4, pp. 702-710, 2000. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  48. P. Salmerón, J. C. Montano, J. R. Vazquez, J. Prieto, e A. Perez, "Compensation in nonsinusoidal, sistemas a quatro fios trifásico desequilibrado com ativo condicionador de energia-line,"IEEE Transactions on Power Delivery, vôo. 19, não. 4, pp. 1968-1974, 2004. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  49. H. Akagi, "Novas tendências em filtros ativos de condicionamento de energia,"IEEE Transactions on Industry Applications, vôo. 32, não. 6, pp. 1312-1322, 1996. Ver em Editor · Ver em Google Scholar
  50. H. O. Você, J. C. Wu, e K. D. Wu, "Operação paralela de filtro passivo power e filtro híbrido para a supressão harmônica,"Proceedings IEE: Geração, Transmissão e Distribuição, vôo. 148, não. 1, pp. 8-14, 2001. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  51. X. Zha and Y. Chen, "O aprendizado iterativo estratégia de controle para o filtro ativo híbrido para amortecer a ressonância harmônica no sistema de energia industrial,"In Actas do Simpósio Internacional sobre Eletrônica Industrial, vôo. 2, pp. 848-853, 2003.
  52. B. Singh, K. Al-Haddad, e A. Chandra, "A revisão dos filtros ativos para a melhoria da qualidade de energia,"IEEE Transactions on Electrónica Industrial, vôo. 46, não. 5, pp. 960-971, 1999. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  53. B. R. Lin, B. R. Que, e H. R. Tsai, "Análise e operação do filtro ativo híbrido para a eliminação harmônica,"Electric Power Systems Research, vôo. 62, não. 3, pp. 191-200, 2002. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  54. D. Chen e S. Xie, "Revisão das estratégias de controle aplicado a filtros activos de potência,"In Proceedings of the IEEE Conferência Internacional sobre desregulamentação Energia Elétrica, Reestruturação e Power Technologies (DRPT ’04), pp. 666-670, Abril 2004. Ver a Scopus
  55. K. Zhou, O. Lv, A. Luo, e L. Liu, "A estratégia de controle de shunt filtro híbrido de potência ativa na rede de distribuição contendo distribuídos poder,"In Anais da Conferência Internacional da China em Distribuição de Energia Elétrica (CICED '10), pp. 1-10, Setembro 2010. Ver a Scopus
  56. D. Detjen, J. Jacobs, R. Em. De Doncker, e H. G. Shopping, "Um novo filtro híbrido para atenuar ressonâncias e compensar correntes harmônicas em sistemas de potência industriais com equipamentos de correção do fator de potência,"IEEE Transactions on Power Electronics, vôo. 16, não. 6, pp. 821-827, 2001. Ver em Editor · Ver em Google Scholar · Ver a Scopus
  57. M. Aredes, J. Haefner, e K. Heumann, "Estratégias de controle trifásicos a quatro fios de derivação filtro ativo,"IEEE Transactions on Power Electronics, vôo. 12, não. 2, pp. 311-318, 1997. Ver a Scopus
  58. M. Aredes, O. F. C. Monteiro, e J. M. Miguel, "As estratégias de controle de filtros ativos série e shunt,"In Actas do Poder Conferência IEEE Bologna Tecnologia, pp. 1-6, Junho 2003.
  59. S. Khalid e A. Triapthi, "Comparação da estratégia de controle de corrente sinusoidal & síncrona estratégia quadro rotativo de redução harmônica total para conversores eletrônicos de potência em sistemas de aeronaves sob diferentes condições de carga,"International Journal of Advanced Research em Elétrica, Engenharia Electrónica e Instrumentação, vôo. 1, não. 4, pp. 305-313, 2012.

Copyright © 2013 A Hussein. Kazem. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob a Licença Creative Commons Attribution, que permite uso irrestrito, distribuição, e reprodução em qualquer meio, desde o trabalho original é devidamente citados.