减轻电谐波的负面影响

如何最好地管理由变频驱动器产生的谐波?采访两位主题专家,重点关注关键建筑。

变频驱动器(VFDs)越来越融入工业物联网临界功率环境。研究表明,由于不断的工业化和城市化,VFD市场正在增长,同时驱动变得“更智能”。

大多数,如果不是世界上所有的谐波符合性要求,比如IEEE 519,要求总谐波失真小于5%

具有非线性负载的电气设备,包括任何带有开关电源的设备,即个人电脑,LED照明,交流和直流电机驱动,都会产生一定程度的谐波。

变频器的应用也会从变频器的输出中产生谐波电流。这些谐波可能对电机本身有害,除非适当减轻,会在更大的电力系统中产生共鸣。由于有许多行业和应用中使用了各种VFD,处理谐波的方法各不相同。

在这次采访中让·帕斯卡·里斯尼古拉斯拉鲁从施耐德电气公司我们来看看VFD,谐波以及为什么/如何减轻VFD引起的谐波,重点关注关键电力设施。

变频驱动谐波抑制

为正确的应用选择正确的方法是至关重要的,因为我们的专家将解释几个原因。Jean Pascal在施耐德工业自动化部门工作,尼古拉斯在施耐德能源管理部门工作;而能源管理与工业自动化的融合,正是这种应用挑战的根源。我们将从VFD概述开始讨论,谐波,和声缓解方法及其原因。

场景设置:变速驱动的作用和节能效益

Jean Pascal您是施耐德电气(Schneider Electric)低压变速驱动(VSD)终端用户市场的产品类别主管。你能解释一下心室颤动或心室颤动的作用吗?

让·帕斯卡·里斯:变速驱动器是当今控制工业过程中几乎所有电机的电子设备,其部件都是移动的,包括水或空气等液体。为了控制这些过程,在某一点上,您需要能够控制相关电机的速度。

过去有许多技术可以做到这一点,但自从我们付出或花了15年的时间以来,我们只使用变速驱动器。VSD的采用是指数级的。该技术基于IGBT(绝缘栅双极晶体管),为电动机提供不同频率的硅器件。它最初是在日本开发和使用的。质量逐步提高,成本下降了,现在变速驱动器无处不在。

使用它们的需求来自哪里?

让·帕斯卡·里斯
Jean-Pascal Riss:“通常,在石油和天然气或MMM等市场中,当很少有具有高功率的驱动器时,您可以降低驱动器级别。”

让·帕斯卡·里斯:好,驱动的主要目的是提供精确的电机调节,从而实现节能。因为驱动器消耗了70%以上的电能,视环境而定:在工业过程中占80%以上,在建筑物中占40%以上。这意味着精确控制驱动器的能源使用意味着节省大量的能源成本,以及更环保的运营方式。一个典型的例子建筑暖通空调系统(加热,通风,和空调)你想提供足够的能量来精确地提供足够的冷却能力,但这并不是说你在系统开启的任何时候都全速运转你的马达。

VFD和谐波:挑战和缓解方法

好啊,所以机会很明显,但有什么不好,或是这种广泛使用心室颤动的暗示?Nicolas Larue随着系统级别的方法Jean Pascal提到,我们更多地在您的领域,因为您在全球范围内负责施耐德电气有源功率校正滤波器的Accusine范围。你能告诉我们更多关于谐波的事吗?谐波缓解和这种系统级的方法,如何使用这种有源功率校正滤波器?

Nicolas Larue:当然,节能效果很好,但是使用像VFD这样的设备意味着产生的谐波电流会影响电气可靠性。

简而言之,谐波电流是一个不同于电网中基频的频率,哪一个,取决于国家,是50赫兹或60赫兹。当你在电网中添加一个诸如VFD这样的设备时,这个基频的完美符号波就会失真,你用得越多,这就越是扭曲。这通常用谐波失真或总谐波失真来表示,或用功率因数来解释。

谐波抑制使我们能够减少由改变频率和增加大量电子元件引起的失真。

正如Jean Pascal所解释的,VFD的目的是改变电机的速度,在机械世界中的速度等于在电气世界中的频率。所以,交流电机的速度等于以不同的频率驱动电机,从而产生以不同频率存在的电流。当我们开始改变频率和增加大量的电子元件时,我们会得到更多的失真和谐波缓解,使我们能够减少它们,从而避免它们可能产生的有害后果。

让·帕斯卡·里斯:这是正确的,所以和其他连接到同一个电网的设备一样,VFD产生很多谐波。自从制造商开始使用嵌入式缓解技术制造驱动器以来,在驱动器本身的层面上有不同的方法来处理这些谐波频率。然而,还有一些解决方案可以在系统层面上缓解谐波,这是一个更好的选择,取决于细分市场,应用和其他因素。

所以谐波挑战有一个“驱动嵌入式”解决方案,以及一个外部系统范围的解决方案?

尼古拉斯拉鲁 确切地,现在记住,谐波抑制是电力调节的几种可能性之一。

功率校正或调节通过调节设施或建筑物的电网来解决潜在的电能质量问题。除谐波缓解外,这包括:在其他中,功率因数的提高,负载均衡,过滤缓解和任何真正干扰客户当前的问题。UPS例如,也是一个电力调节系统。

好啊,所以不仅仅是心室颤动?

Nicolas Larue: 它可以是,例如,我负责的Accusine产品系列,提供多种功率校正或调节功能。在本次访谈的范围内,只有他们的谐波抑制能力才重要,而且在某些情况下,他们更适合用于VFD。

驱动器制造商开始嵌入缓解技术,但有时最好使用不同的方法并在系统级别上缓解谐波。

也许值得注意的是,在未来,变频器的谐波频率问题不会像我听到人们有时说的那样在驱动级得到完全解决。他们认为减轻将不再是一个问题,因为VFD制造商将设计更好的产品。然而,这只是在某种程度上的情况,因为真正的问题是这个简单的事实,即要改变电机的速度,你必须改变电流或频率,在那里你有我提到的电流。理解这一点很重要。

清楚。您和Jean-Pascal都提到了环境和应用程序,在这些环境和应用程序中,驱动级别或系统级别的方法可能更好,我们将进一步探讨。然而,你能给我们举几个例子说明谐波何时真正开始引起问题吗?

Nicolas Larue:当全网故障的可能性很高或设备可能停机时,高次谐波通常成为一个重要问题。 由于超出了设备运行条件的公差。结果可能会减少产量,有时甚至更糟。

考虑使用敏感医疗设备医院作为后者的一个例子,例如。敏感的医疗设备,如核磁共振机或CT扫描仪可能会因为变形而关闭以保护自身,由谐波电流引起,超出其工作条件——公差。

MRI机器不能承受超过8%电压畸变的畸变,并且只能达到15%电流畸变。当它暴露在因操作装置或具有VSD的暖通空调导致的未经处理的信号波中时,例如,我们偏离了该设备运行条件的公差。

当全网故障的可能性很高或设备可能停机时,高次谐波通常成为一个重要问题。

另一个与生产更相关的例子是在一个没有连接到公用电网和发电机的地区的大型农业设施。如果不使用谐波滤波器,发电机将无法工作,因为电网上的谐波限制将超过发电机的公差。

这些只是一些现实生活中的例子,在这些例子中,您可以立即看到为什么谐波缓解是重要的,而不正确地进行谐波缓解可能会产生重大的后果。

Jean Pascal尼古拉斯刚刚提到了一些例子,其中系统级有源功率校正滤波器有助于减少谐波。早些时候你说过有几种方法可以在驱动级上处理谐波。在查看什么时候最适合使用哪种缓解方法之前,您能否概述驱动器级别的技术/解决方案?

让·帕斯卡·里斯:首先,请记住,在实践中,您通常会结合使用不同的技术来满足最终客户的需求,这些需求依赖于多种元素,例如这些类型的应用程序。

这就是最终影响驾驶选择的原因,技术以及如何将驱动级方法与系统级方法结合起来。就驱动级技术而言,处理驱动产生的和谐的两种主要方法是:主动驱动和被动驱动。

  • 具有主动谐波抑制功能驱动器使用额外的半导体进行缓解,启用THDI(电流总谐波畸变)小于5%。然而,这种额外的半导体也意味着潜在问题的另一个来源,在设备层面上损失更大,因此需要在隔间内安装更大的产品,这会对占地面积产生影响。
  • 被动谐波抑制使用被动滤波器进行缓解,采用不同水平的技术,通常导致10%到20%之间的THDI。所使用的技术可以从一种非常低的缓解类型到一种非常高的缓解类型,在这种缓解类型中,成本随着可实现的缓解补偿水平的提高而上升。对于无源滤波器,设备中有时也有更多的接线。

在这两项主要技术的基础上,我们在变量驱动中使用,以限制电网谐波的产生,许多驱动器上也存在一种非常低成本的谐波滤波:交流线路电抗器和直流线路扼流圈.它们提供了良好的过滤水平,但在总谐波失真抑制水平上效果较差。

最佳谐波抑制方法:考虑因素

现在我们知道了如何在驱动级和/或通过使用AccuSine有源功率校正滤波器来处理谐波,问题是什么时候最好使用什么。在决定是否最好使用驱动级谐波抑制,或者更确切地说,看看这种独立的功率校正滤波器时,有什么经验法则吗?

让·帕斯卡·里斯 记住,VFD用于各种市场和应用,从工业市场到建筑。

通常情况下,在石油和天然气或MMM等市场中,你可以降低驱动力水平。(采矿,矿物和金属)当很少有高功率的驱动器时。对于MMM中的应用程序,例如,您可能有10到20个驱动器,范围从500千瓦到2兆瓦或每个驱动器6兆瓦。

当系统级方法与设备级方法最适合时,需要考虑的一个重要方面是,在整个设施和建筑物的谐波失真限制为5%的情况下,符合性。

然而,在安装非常多样化的其他领域的不同应用中,驱动器被分配到系统中,采用系统方法可能更容易。有很多驱动器的建筑物是典型的例子,因为驱动器可以直接安装到空气处理机组中,在泵系统中,在屋顶上,换言之:整个建筑。

Nicolas Larue:我想补充一下,一般来说,在系统级使用独立的有源谐波滤波器进行滤波是在可缩放解决方案的情况下进行的。

尼古拉斯拉鲁
尼古拉斯拉鲁:“敏感的医疗设备,如核磁共振机或CT扫描仪,可能会因为变形而关闭以保护自身,由谐波电流引起,超过其工作条件”

在有两个驱动器的小型设备中,例如,在这两个驱动器的设备级别上,不需要或不需要AccuSine。然而,如果以医院或水处理厂为例,那里有数百家,如果不是成千上万的驱动器,已经有了规模经济。

如果你试图纠正设备级的谐波,在这种情况下,你有一百个驱动器,根据电气结构,可能通过两个有源谐波滤波器来缓解。所以,可以说,就驱动器数量和过滤点数量而言,您已经有了一个完整的比例。

与设备级方法相比,系统级方法的第二个重要方面是遵从性。如果你在设备级别上观察当前的谐波抑制性能,驱动器可以达到的最佳性能大约是35%。大多数,如果不是世界上所有的谐波符合性要求,比如IEEE 519,要求低于5%。Jean Pascal提到了这些百分比。

如果以医院或水处理厂为例,那里有数百家,如果不是成千上万的驱动器,已经有了规模经济

然而,从遵从性的角度来看,这不仅仅是关于驱动器,而是关于整个设施,其中建筑物的谐波失真限制为5%。包括所有的驱动器和其他的东西,包括照明。所以,问题是你如何把这个35%降到5%。这就是您可以在系统级别使用活动解决方案执行的操作。这也再次说明为什么选择最佳谐波缓解方法是重要的原因有几个。

关键电力设施谐波治理

的确如此。在另一个采访Kevin Morin,谁负责施耐德电气公司的关键动力徽章?埃克西珀特合作伙伴计划,给出了几个关键建筑物的例子,包括各种类型的利益相关者和合作伙伴。你们都在积极地与施耐德客户合作。.你有什么建议吗系统集成商关于vfd和谐波缓解?

让·帕斯卡·里斯:异花授粉有不同的形式。最重要的方面是在解决方案体系结构周围更具有选择性,以处理关键电力设施中的谐波缓解。

换言之:寻找优化的可能性,因为最终这是客户想要的,这是随着客户需求的变化,我们所有部门的合作伙伴的共同目标。

Nicolas Larue:当然。我认为重要的是要记住监管层面在关键电力建筑中更具选择性,正是因为其中使用的某些设备的敏感性,以及设备损坏和潜在的网络范围故障的后果。

关于合作伙伴如何准确地看待各种异花授粉机会,这取决于合作伙伴的类型,当我们解决的时候,应用程序。

让·帕斯卡·里斯:的确。在解决方案体系结构周围更具选择性的地方,有机会为面板构建者提供机会,也有机会为承包商和系统集成商提供机会。与市场上的合作伙伴合作,尼古拉斯和我服务,并且已经有重叠。

由于关键电力建筑中使用的某些设备的灵敏度,对谐波抑制的解决方案架构的选择更为重要。

我认为嵌板制造商真的能从中受益。此外,在工业部门工作的系统集成商可以发现机会并与施耐德电气联系以寻求帮助,从整体关键电力建设的角度对谐波失真缓解水平进行培训或建立伙伴关系,为客户提供更多价值。这对工程师来说是一个新的商业机会,他们今天可能只关注工业控制之类的话题。

埃克斯珀特标志

Nicolas Larue:这也是处方方面的情况:当建议客户时。所以,当然,系统集成商也有机会与咨询工程师合作。最后,集成商有可能与施耐德正式合作,获得特定的认证,以了解更多信息,扩大其专业知识和产品。

谢谢你的采访,先生们!

有关通过此链接从施耐德电气变速驱动以及有功功率校正滤波器在这里。

你可以联系Jean Pascal和Nicolas或者在这里了解关键力量EcoExpert徽章的所有信息.

AccuSine波形-前后
AccuSine波形–前后

披露:这是I-Scoop和施耐德电气商业合作范围内的赞助帖子,vwin中国包含到施耐德电气解决方案和合作伙伴计划的链接。

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