Analiza ograniczania wyższych harmonicznych nieliniowych odbiorników przy wykorzystaniu filtru aktywnego

W artykule przedstawiono wyniki pomiarów związane z ograniczaniem wyższych harmonicznych nieliniowych odbiorników energii elektrycznej przy wykorzystaniu filtru aktywnego. Na wstępie artykuł omawia zagadnienia związane z problematyką filtracji wyższych harmonicznych przy wykorzystaniu filtrów pasywnych i aktywnych w sieciach 0,4 kV. W punkcie tym dokonane zostało krótkie porównanie możliwych typów filtrów oraz ich charakterystycznych cech. Kolejno przedstawione zostały analityczne rozważania dotyczące filtracji wyższych harmonicznych w sieci trójfazowej, czteroprzewodowej przy wykorzystaniu filtru aktywnego, które mają na celu przedstawienie zasady generowania napięć przez filtr aktywny oraz ukazanie złożoności procesu filtracji wyższych harmonicznych. Przy tym przedstawiony i omówiony został schemat wydzielonej części instalacji przemysłowej, która poddana została analizie przy wykorzystaniu analizatorów sieci PM870 a także oscyloskopu cyfrowego z możliwością analizy FFT. W celu zbierania danych z analizatorów wykorzystany został zainstalowany na obiekcie system BMS, który pozwolił na zebranie dużej liczby wartości pomiarowych. Dzięki zebranym danym możliwe było określenie poziomów wartości asymetrii napięć oraz prądów, a także zawartości THD w przebiegach prądów przed oraz za filtrem wyższych harmonicznych. Pozwoliło to na ukazanie realnego oddziaływanie filtru. Poza tym dokonano analizy FFT, na podstawie której można zaobserwować oraz określić udział poszczególnych harmonicznych w tych przebiegach. Analiza ta pozwoliła również na określenie wpływu odzysku energii przy wykorzystaniu prądnic asynchronicznych z układami przekształtnikowymi na jakość energii elektrycznej. Dzięki uzyskanym wynikom pomiarów możliwe było określenie wpływu filtracji aktywnej na daną część sieci, a także udzielenie odpowiedzi na pytanie czy stosowanie tego typu filtracji jest potrzebne, a może wręcz niezbędne. Artykuł kończy się zebraniem wniosków z przeprowadzonej analizy oraz podsumowaniem.

The article presents results of measurements related to the limitation of higher harmonics of a non-linear loads using an active filter. At the beginning the article discusses issues related to the problem of higher harmonics filtration using passive and active filters in 0.4 kV networks. Next, analytical considerations regarding filtration of higher harmonics in a three-phase, four-wire network using an active filter are presented to demonstrate the principle of generating voltage by an active filter and showing the complexity of higher harmonics filtration process. A diagram of a separate part of the industrial installation, which was analyzed using PM870 network analyzers as well as a digital oscilloscope with the function of FFT analysis, was presented and discussed. In order to collect data from the analyzers, the BMS system installed on the site was used, which allowed to collect a large number of measured values. Thanks to the collected data it was possible to determine the levels of voltages and current asymmetry, as well as the THD content in the current waveforms before and after the higher harmonic filter. This allowed to show the real impact of the filter. In addition, FFT analysis was performed, on the basis of which one can observe and determine the contribution of individual harmonics in these runs. This analysis also allowed to determine the outflow of energy recovery using asynchronous generators on the quality of electricity. Thanks to the results obtained, it was possible to determine the impact of active filtration on a given part of the network, as well as to answer the question whether the use of this type of filtration is needed or perhaps even necessary. The article ends with the collection of conclusions from the analysis and the summary.