Активни хармонијски филтер смањује треперење од производње радијатора — Белгија
| Фацилити | Фабрика радијатора - 55,000 м², Белгија. Шест производних линија, ~5.000 радијатора дневно |
| Узнемирујућа оптерећења | Пресе, машине за заваривање шавова, машине за тачкасто заваривање — повремена оптерећења велике снаге |
| Трепери пре | Пст достизање врхова 1.6 — мерено 2009 |
| Захтевано ограничење комуналних услуга | Пст 95тх перцентил ≤ 0.7 - ИН 50160 / ИЕЦ 61000-3-7 оквир |
| Решење | Шест активних хармонијских филтера (АХФ) јединице — 2.1 МВАр укупна континуирана реактивна компензација |
| Треперење после | Пст доследно испод 0.63 — независно проверено |
| Смањење постигнуто | Пст смањен за више од 60% — од 1.6 до испод 0.63 |
| Нежељени ефекат | Стабилизовано производно окружење — флуктуације напона су смањене на свих шест линија истовремено |
01 Контекст — Треперење из индустријског заваривања
Треперење — приметна варијација у излазној светлости узрокована брзим флуктуацијама напона — један је од проблема квалитета електричне енергије најосетљивијих на суседе у индустријском окружењу. За разлику од хармоника, који директно утичу на опрему, треперење је првенствено проблем људске перцепције: флуктуације напона узроковане индустријским процесом могу изазвати модулацију видљиве светлости у кућама и канцеларијама других купаца повезаних на исту дистрибутивну мрежу, чак и када те муштерије’ сопствена опрема је потпуно неометана.
Процеси заваривања су међу најплоднијим изворима треперења у индустрији. Тачкасти отпорни заваривачи и заваривачи шавова цртају велике, понављајући импулси реактивне струје — сваки импулс заваривања повлачи хиљаде ампера за делић секунде, стварање пада напона у тачки заједничког споја који модулира напон напајања брзином која је одређена брзином понављања заваривања. Када стопа понављања падне у опсег од 1–15 Хз – фреквентни опсег вршне људске визуелне осетљивости који карактерише ИЕЦ фликерметар – резултујућа модулација светлости може да буде уочљива за све кориснике на истом дистрибутивном трансформатору.
Фабрика радијатора која истовремено покреће шест производних линија за заваривање није само проблем буке или емисије за њене непосредне суседе – то је извор сметњи повезан на мрежу који утиче на сваког купца прикљученог на исти СН/НН трансформатор. Када локална заједница расте и нови купци се прикључе на исти трансформатор, маргина треперења се смањује — оно што је раније било прихватљиво постаје неусаглашено када се позадинско треперење из других извора повећа. Овде се управо то догодило: проширење заједнице приморало је ову фирму да пооштри границу емисије треперења, чинећи раније толерисане емисије неприхватљивим.
02 Проблем — Пст 1.6 Против ограничења од 0.7
Фабрика радијатора у Белгији — а 55,000 м² објекат који производи приближно 5,000 радијатора дневно у шест производних линија — имала је мешавину оптерећења која је сама по себи била захтевна из перспективе квалитета електричне енергије. Пресе, машине за заваривање шавова, и машине за тачкасто заваривање радиле су истовремено на свих шест линија, сваки црта велике испрекидане импулсе реактивне струје који су произвели значајне падове напона на трафостаници за напајање.
Мерења на терену у 2009 показао је Пст (краткотрајна јачина треперења) вредности са достизањем врхова 1.6. ЕН 50160 граница планирања за треперење у тачки средњег напона заједничког споја је типично Пст ≤ 0.7 процењена као вредност од 95. перцентила током једнонедељног периода посматрања. Фабрика је прекорачила ову границу за фактор више од 2 у вршним условима — изазива треперење видљивог светла у суседним пословним и стамбеним просторијама кад год је више линија за заваривање радило истовремено.
Изазов који се наводи у овом случају — “брзо флуктуирајуће оптерећење и много различитих образаца оптерећења” — је основна потешкоћа са ублажавањем треперења заваривања. Једна машина за заваривање производи предвидљив, понављајући потпис треперења. Шест линија заваривања које раде истовремено производе комплекс, стохастичка комбинација преклапајућих струјних импулса при различитим стопама понављања и фазама — резултујућа флуктуација напона у подстаници није ни периодична ни предвидљива само на основу индивидуалних карактеристика оптерећења. Систем компензације који функционише за један оперативни сценарио може бити неадекватан за други. Због тога је АХФ време одзива посебно наведено као критични захтев: систем мора да прати стварну флуктуацију напона у реалном времену, не предвиђени или просечни профил оптерећења.
03 Решење — Активно хармонијско филтрирање на 2.1 Мвар
Зашто активни хармонијски филтер - не СВЦ или пасивни филтер
Изабрано решење је било шест активних хармоничних филтера (АХФ) јединице које обезбеђују укупно 2.1 МВАр континуирана реактивна компензација. АХФ приступ је изабран преко алтернатива — пасивних ЛЦ филтера, тиристорски контролисани СВЦ, или стандардни кондензатори за корекцију фактора снаге — из одређеног разлога: време одговора.
- Пасивни ЛЦ филтери — фиксна реактивна компензација, подешен на специфичне хармонијске фреквенције. Не могу одговорити на стохастику, вишеструке флуктуације оптерећења шест симултаних линија заваривања
- СВЦ са тиристорском контролом — ажурира свој угао паљења на сваком полуциклусу (8.3 мс ат 60 Хз, 10 мс ат 50 Хз). За оптерећења заваривања са трајањем импулса од само неколико циклуса, кашњење СВЦ одговора значи да компензација стиже након што је поремећај већ наступио — као што је описано у чланку ИПКДФ ПК Преглед о ублажавању треперења
- Активни хармонијски филтер (АХФ) — користи ИГБТ пребацивање на високој фреквенцији за убризгавање прецизно контролисане реактивне струје на бази циклуса по циклус. Време одговора је субмилисекунде — довољно брзо да се прати стварни талас струје заваривања и поништи њена реактивна компонента пре него што може да произведе мерљиви пад напона на магистрали подстанице
Активни хармонични филтер континуирано мери струју коју повлачи нелинеарно оптерећење. Дигитални сигнални процесор израчунава, у реалном времену, компоненте реактивне и хармонијске струје које оптерећење повлачи. АХФ затим убризгава једнаке и супротне реактивне и хармонијске струје у мрежу — ефективно чинећи да се апарати за заваривање појављују као отпорно оптерећење на мрежи напајања. Напон на тачки повезивања се стабилизује јер велики импулси реактивне струје сада круже унутар АХФ-а уместо да се црпе из импедансе мреже. Резултат: падови напона који су изазивали треперење се елиминишу на извору, без обзира на то која комбинација линија заваривања ради истовремено.
Конфигурација система
Инсталација се састојала од шест АХФ јединица — по једна по производној линији — свака величине за специфичне реактивне потребе те линије. Укупни инсталирани компензациони капацитет од 2.1 МВАр континуирано одражава агрегатну реактивну потражњу шест истовремених линија заваривања при пуној производњи. Систем ради са потпуно аутоматским контролама и пасивним хлађењем, не захтева редовно одржавање и интервенцију оператера. Може да ради потпуно самостално или интегрисано са постојећим СЦАДА и системима за надзор.
04 Резултати — Пст Испод 0.63 у свим оперативним конфигурацијама
Након уградње АХФ система, биљка је доследно остваривала Пст вредности испод 0.63 — без обзира на то колико линија заваривања ради истовремено и без обзира на производни микс на свакој линији. Ово је критични тест: захтев комуналног предузећа је био да Пст 95вредност тх-перцентила не прелази 0.7, а АХФ то мора постићи у читавом низу оперативних сценарија, не само у једном најгорем или најбољем случају учитавања.
Мерења након инсталације су спровели спољни консултанти и одобрила их је локална комунална предузећа — није измерио и пријавио само произвођач АХФ. Ово је важна разлика у кредибилитету: независно верификована мерења треперења дају сигурност да Пст смањење је стварно, репродуцибилан, а не артефакт услова мерења или сценарија рада по избору. Предузеће је прихватило ова мерења као доказ усклађености са ограничењем емисије које је захтевало.
Нежељени ефекат стабилности производње
Изван достигнућа усклађености, постројење је добило неочекивану оперативну корист: стабилизован производни напон на свих шест водова истовремено. Када апарати за заваривање извлаче велике импулсе реактивне струје, резултирајући падови напона не само да узрокују треперење на спољној мрежи – они такође изазивају унутрашње варијације напона које могу утицати на конзистентност самог процеса заваривања. Елиминисањем импулса реактивне струје на извору, АХФ је истовремено елиминисао унутрашње варијације напона, побољшање конзистентности квалитета завара и смањење варијације у енергији која се испоручује по циклусу заваривања. Ова оперативна корист — побољшан квалитет процеса — била је директна последица ублажавања ПК, није предвиђени циљ дизајна.
05 Перспектива квалитета струје
Ова студија случаја илуструје димензију заједнице квалитета индустријске електричне енергије — димензију коју је лако превидети када је ПК уоквирен искључиво као проблем заштите опреме. Машине за заваривање у фабрици радијатора нису биле у квару. Фабрика није имала интерних проблема у производњи због сопственог треперења. Проблем је био у потпуности окренут ка споља: флуктуације напона на заједничкој дистрибутивној мрежи утицале су на суседне купце који нису имали везе са производним процесом фабрике.
Из перспективе инжењеринга комуналне дистрибуције, ово је један од најчешћих и најтежих сценарија управљања треперењем: постојећи индустријски купац чија су оптерећења била прихватљива када су се прикључили, али чије емисије треперења прелазе границе планирања како заједница расте и нови купци деле исту дистрибутивну инфраструктуру. Опције комуналног предузећа у овом сценарију су ограничене — не могу да одбију снабдевање новим купцима, они не могу лако да ојачају мрежу како би елиминисали спрегу између постојећих купаца, и не могу приморати индустријског купца да смањи производњу. Једини одрживи пут је захтевати од индустријског купца да умањи сопствене емисије - што се овде и догодило.
Посебно помињање времена одзива АХФ-а као кључног критеријума за избор тачно је у складу са перспективом комуналне технологије на технологију ублажавања треперења. Тиристорски контролисан СВЦ — традиционална технологија за ублажавање треперења за електролучне пећи и велике завариваче — ажурира свој реактивни излаз сваке половине циклуса. За тачкастог заваривача чије трајање импулса је 3–5 циклуса, СВЦ компензује претходни пулс док је следећи већ започео. АХФ, са одзивом испод милисекунде, компензује стварну струју у реалном времену. Компромис је цена и сложеност: a 2.1 МВАр АХФ инсталација је знатно скупља од упоредивог СВЦ-а, а енергетска електроника заснована на ИГБТ захтева контролисаније окружење од тиристорских вентила СВЦ-а. За фабрику са више малих машина за заваривање које производе стохастику, преклапајући обрасци оптерећења, АХФ-ова способност праћења у реалном времену оправдава премију. За једну велику лучну пећ са предвидљивијим циклусом оптерећења, СВЦ или СТАТЦОМ могу бити економичнији избор.
Референце
- Активни Хармонични Филтери. АХФ смањује треперење због производње радијатора — студија случаја у Белгији. Публикација произвођача активних хармоничних филтера. Доступно у ИПКДФ библиотеци студија случаја.
- ИЕЦ 61000-4-15:2010+АМД1:2012. Електромагнетна компатибилност — Део 4-15: Технике испитивања и мерења — Фликерметар — Функционалне и дизајнерске спецификације. ИЕЦ, Женева.
- ИЕЦ 61000-3-7:2008. Електромагнетна компатибилност — Део 3-7: Ограничења — Процена ограничења емисије за прикључење флуктуирајућих инсталација на СН, ХВ и ЕХВ енергетски системи. ИЕЦ, Женева.
- У 50160:2010+А3:2019. Напонске карактеристике електричне енергије коју испоручују јавне електричне мреже. ЦЕНЕЛЕЦ, Брисел.
Ова студија случаја је заснована на студији случаја произвођача коју је објавио Активни Хармонични Филтери: АХФ Смањује треперење од грејног тела Продуцтион. Пст наведена мерења (1.6 пре, испод 0.63 после) су независно верификовани од стране спољних консултаната и одобрени од стране локалног предузећа.
Ова студија случаја је представљена у облику сажетка и коментара у образовне сврхе. Одељак ПК Перспецтиве (Одељак 5) и СВГ дијаграм су оригинални ИПКДФ уреднички садржај од Дениса Руеста, мр. (Примењено), П.Енг. (рет.). ИПКДФ не полаже право на ауторство оригиналног материјала случаја.