Warum verstärkt APF Lastharmonische?

Auf den ersten Blick könnten manche am Titel zweifeln und sich fragen, ob da ein Fehler vorliegt. Aktive Leistungsfilter (APFs) sollen traditionell dazu dienen, Oberschwingungen zu mildern und Oberschwingungskomponenten im Verteilungsnetz zu reduzieren. Wie könnten sie also Lastoberschwingungen verstärken? Du hast richtig gelesen, und ich habe auch keinen Fehler gemacht. APFs reduzieren zwar Oberwellen, verstärken sie aber auch. Sie reduzieren die zur Netzseite fließenden Oberschwingungen und verstärken die von der Lastseite ausgehenden Oberschwingungen! Ohne dies zu verstehen, ist es unmöglich, die APF-Kapazität richtig zu konfigurieren und sicher zu nutzen. Im Folgenden werde ich versuchen, dieses interessante Phänomen zu erklären.

Das obige Diagramm zeigt eine typische nichtlineare Last, die an ein Verteilungsnetz angeschlossen ist. Im Diagramm stellt Ls die äquivalente Innenimpedanz des Verteilungsnetztransformators dar, L1 ist die Eingangsimpedanz der nichtlinearen Last und der APF-Verbindungspunkt liegt zwischen Ls und L1. Bei einer festen Last steht die Größe der Lastharmonischen in direktem Zusammenhang mit der Summe von Ls und L1; Je größer Ls + L1 ist, desto kleiner sind die Lastharmonischen und umgekehrt. Wenn der APF nicht angeschlossen ist, beträgt die Eingangsimpedanz für Lastharmonische Ls + L1. Nachdem jedoch der APF angeschlossen ist und theoretisch alle zum Verteilungstransformator fließenden Oberschwingungen abgeschwächt wird, verschiebt sich die ideale dreiphasige Spannungsquelle für Oberschwingungen in die mittlere Position zwischen Ls und L1. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Eingangsimpedanz für Lastharmonische L1, sodass die lastseitigen Harmonischen synchron verstärkt werden, wobei die Verstärkungsgröße nahezu gleich (Ls + L1) / L1 ist.

Basierend auf der obigen Analyse verstärkt die APF-Verbindung im Allgemeinen Oberschwingungen auf der Lastseite. Wenn Ls und L1 ungefähr gleich sind, ist die harmonische Verstärkung signifikant. Da die Lasteingangsreaktanz eines typischen Frequenzumrichters mit der Innenimpedanz des Verteilungstransformators vergleichbar ist, führt die Konfiguration eines APF zur Unterdrückung von Eingangsoberwellen immer noch zu einer spürbaren Verstärkung der Eingangsoberwellen des Frequenzumrichters. Dies gilt insbesondere für einige Hochleistungs-Frequenzumrichter, die keine Eingangsinduktivität verwenden, sondern stattdessen die äquivalente interne Impedanz des Transformators als Eingangsinduktivität verwenden. In diesem Fall würden theoretisch nach Verwendung eines APF zur Unterdrückung der Eingangsoberschwingungen des Frequenzumrichters die Eingangsstromharmonischen der Last (d. h. des Frequenzumrichters) unendlich werden, was bedeutet, dass der gesamte Eingangsstrom unendlich werden würde, was möglicherweise zu einer Beschädigung des Frequenzumrichters führen würde. In der Praxis zeigt die Beobachtung der Netzspannung am APF-Anschlusspunkt einen starken linearen Spannungsabfall und -anstieg, der sogar andere Geräte im Netz beschädigen könnte! Daher muss in solchen Situationen eine zusätzliche Eingangsreaktanz in Reihe mit dem Frequenzumrichter geschaltet werden.

Um auf die ursprüngliche Frage zurückzukommen: Die Verstärkung der Lastharmonischen, die durch die APF-Verbindung verursacht wird, muss bei der Konfiguration der APF-Kapazität vollständig berücksichtigt werden. Die tatsächliche APF-Kapazität sollte mindestens das (Ls+L1)/L1-fache der harmonischen Größe vor dem APF-Anschluss betragen, um sicherzustellen, dass der APF über ausreichende Kapazität verfügt, um von der Last in das Netz fließende Oberwellen abzuschwächen. Bei Wechselrichterlasten mit sehr niedriger Eingangsimpedanz, beispielsweise solchen ohne Eingangsreaktanz, muss eine Reaktanz in Reihe zwischen dem APF-Verbindungspunkt und der Last geschaltet werden. Der Reaktanzwert sollte im Allgemeinen als Reaktanzrate von mindestens 3 % betrachtet werden, und dann sollte die APF-Konfigurationskapazität basierend auf dem Verhältnis von Ls zur Induktivität der in Reihe geschalteten Eingangsreaktanz berechnet werden.