1. Problemy powodowane przez obciążenia nieliniowe bez aktywnego filtru harmonicznego (APF)

1. Zniekształcają przebiegi napięcia i prądu w sieci, odchylając je od standardowych sinusoid
2. Powodują dodatkowe straty ciepła w transformatorach, kablach i silnikach, skracając czas eksploatacji urządzeń
3. Wywołują błędne działanie zabezpieczeń, sterowników PLC oraz precyzyjnych przyrządów pomiarowych
4. Powodują rezonans z tradycyjnymi biernymi filtrami LC, wzmaczając zanieczyszczenie harmonicznym
5. Powodują niski współczynnik mocy, generując wysokie opłaty za moc bierną od zakładu energetycznego
6. Powodują niezrównoważenie prądów w układzie trójfazowym, przegrzewanie i uszkodzenie przewodu neutralnego

2. Ograniczenia tradycyjnych biernych filtrów LC

• Skupia się wyłącznie na określonych częstotliwościach harmonicznych i nie radzi sobie z harmonikami generowanymi przez zmienne obciążenie
• Łatwo wchodzi w rezonans z impedancją sieci, co może spowodować wypadkowe wzmocnienie harmonik
• Duża objętość i masa, zajmuje dużo miejsca montażowego
• Słaba dynamiczna odpowiedź, nie potrafi śledzić szybko zmieniających się zniekształceń obciążenia
• Jedna funkcja: oddzielne filtrowanie harmonik lub kompensacja mocy biernej

3. Unikalne zalety czyniące APF niezastąpionym

(1) Kompleksowe, wielofunkcyjne zarządzanie

(2) Doskonała, dynamiczna, rzeczywista odpowiedź w czasie rzeczywistym

(3) Brak ryzyka rezonansu z siecią energetyczną

(4) Szeroka pasma kompensacji częstotliwości

(5) Stała skuteczność kompensacji przy niestabilnej sieci

(6) Mała powierzchnia zabudowy, elastyczna instalacja

4. Korzyści ekonomiczne wynikające z zainstalowania APF

1. Likwidacja opłat karnych za niski współczynnik mocy nakładanych przez przedsiębiorstwa energetyczne
2. Zmniejszenie nadmiernego zużycia energii i strat ciepła w urządzeniach rozdzielczych, obniżenie kosztów energii elektrycznej
3. Wydłużenie czasu życia transformatorów, silników oraz precyzyjnych urządzeń sterujących, redukcja kosztów konserwacji i wymiany
4. Uniknięcie strat związanych z przestojem produkcji spowodowanym nieprawidłową pracą lub uszkodzeniem sprzętu z powodu niskiej jakości energii elektrycznej

Przypadek 1: Linia produkcyjna do spawania i malowania pojazdów samochodowych

Źródło obciążenia

Pierwotne problemy

1. Silne zniekształcenia harmoniczne rzędu 5., 7. i 11.; współczynnik całkowitego zniekształcenia prądu (THDi) osiągnął 70%
2. Silna asymetria prądów w trzech fazach, przegrzewanie przewodu neutralnego
3. Częste wyłączenia układów PLC, zabezpieczeń przekaźnikowych oraz spalanie się baterii kondensatorów
4. Współczynnik mocy na poziomie zaledwie 0,72, co powoduje miesięczne kary za niską wartość współczynnika mocy

Rozwiązanie APF

Efekt po eksploatacji

1. Wskaźnik THDi spadł z 70% do 4,4%, co w pełni spełnia standard IEEE 519
2. Stopień asymetrii trójfazowej zmniejszył się z 102% do 6,1%
3. Współczynnik mocy ustabilizował się na poziomie powyżej 0,99, co skutkuje wyeliminowaniem opłat karnych
4. Nie wystąpiły nieplanowane wyłączenia linii produkcyjnej spowodowane zakłóceniami jakości energii elektrycznej

Przypadek 2: Duży centr danych telekomunikacyjnych

Źródło obciążenia

Pierwotne problemy

1. Masywna akumulacja harmonicznego rzędu 3 na przewodzie neutralnym, ukryte ryzyko pożaru
2. Rezonans harmoniczny między szafami kondensatorów a siecią energetyczną, zniekształcenie napięcia
3. Częste awarie serwerów pamięci masowej i sprzętu telekomunikacyjnego

Rozwiązanie APF

Efekt po eksploatacji

1. Prąd harmonicznego rzędu 3 na przewodzie neutralnym zmniejszony o ponad 90%
2. Czas odpowiedzi filtra ≤5 ms, tłumienie harmonicznych rzędów od 2. do 51.
3. Obsługa zdalnego monitoringu w chmurze, dopasowanie do działania centrów danych bezobsługowych
4. Brak nieplanowanych ponownych uruchomień serwerów po modernizacji

Przypadek 3: Komercyjny centrum handlowe i kompleks

Źródło obciążenia

Pierwotne problemy

1. Mieszane harmoniczne wielokrotne rzędu pochodzące od rozproszonych, nieliniowych obciążeń
2. Dodatkowe straty ciepła transformatora, wysokie zużycie energii elektrycznej
3. Nieprawidłowe działanie systemu sterowania windą, migotanie świateł

Rozwiązanie APF

Efekt po eksploatacji

1. THDi kontrolowane poniżej 5%, przebieg napięcia – gładka fala sinusoidalna
2. Obniżenie temperatury transformatora o 8–12 ℃, roczne straty mocy zmniejszone o 7%
3. Wyeliminowanie migotania świateł oraz usterek w systemie sterowania windą

Przypadek 4: Skupisko stacji szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych (EV)

Źródło obciążenia

Pierwotne problemy

1. Chwilowe, ostre fluktuacje prądu harmonicznego i biernej przy ładowaniu lub odłączaniu pojazdów
2. Spadki napięcia w sieci oraz zakłócenia harmoniczne w zasilaniu pobliskich odbiorców mieszkaniowych
3. Powiadomienie służb energetycznych dotyczące poprawy jakości energii elektrycznej

Rozwiązanie APF

Efekt po eksploatacji

1. Dynamiczne śledzenie szybko zmieniających się obciążeń ładowania w skali mikrosekund
2. Współczynnik mocy po stronie sieci zawsze powyżej 0,98
3. Brak skarg na jakość energii elektrycznej ze strony otaczających mieszkańców

Przypadek 5: Przemysłowa elektrownia nowych źródeł energii z fotowoltaiki (PV) i LNG

Źródło obciążenia

Pierwotne problemy

1. Inwertery fotowoltaiczne wprowadzają harmoniczne o wysokiej częstotliwości do wewnętrznej sieci fabrycznej
2. Tradycyjny bierny filtr LC łatwo wchodzi w rezonans z systemem fotowoltaicznym
3. Jakość energii elektrycznej przyłączanej do sieci nie spełnia norm dostępu do sieci elektroenergetycznej

Rozwiązanie APF

Efekt po eksploatacji

1. Pełne wyeliminowanie ryzyka rezonansu między filtrem a siecią energii odnawialnej
2. Spełnienie wymagań dotyczących dopuszczalnego poziomu harmonicznych w sieci oraz uzyskanie akceptacji przez urząd energetyczny
3. Stabilizacja napięcia w zakładzie podczas fluktuacji mocy wyjściowej systemu fotowoltaicznego

Przypadek 6: Szpital i pomieszczenie wyposażone w precyzyjne urządzenia medyczne

Źródło obciążenia

Pierwotne problemy

1. Szum harmoniczny zakłóca dane obrazowania medycznego
2. Zakłócenia sprzętu wspomagającego życie, potencjalne zagrożenie bezpieczeństwa pacjentów

Rozwiązanie APF

Efekt po eksploatacji

1. Czyste zasilanie bez zakłóceń elektrycznych
2. Stabilny sygnał obrazu medycznego, brak alarmów nieprawidłowego działania sprzętu

Przypadek 7: Zakład metalurgiczny i hutnia pieców łukowych

Źródło obciążenia

Pierwotne problemy

1. Silne migotanie napięcia, duży prąd składowej ujemnej
2. Przyspieszone starzenie się transformatora, wysokie koszty konserwacji

Rozwiązanie APF

Efekt po eksploatacji

1. Zastrzec migotanie i prąd składowej ujemnej synchronicznie
2. Wydłużenie czasu eksploatacji transformatora o ponad 5 lat