Varför förstärker APF lastövertoner?

Vid första anblicken kanske vissa tvivlar på titeln och undrar om det är fel. Aktiva effektfilter (APF) anses traditionellt dämpa övertoner och reducera övertonskomponenter i distributionsnätverket, så hur skulle de kunna förstärka belastningsövertoner? Du läste rätt, och jag har inte heller gjort fel. APF:er minskar verkligen övertoner, men de förstärker dem också. De reducerar övertoner som flödar till nätsidan och förstärker övertoner som kommer från lastsidan! Utan att förstå detta är det omöjligt att korrekt konfigurera APF-kapaciteten och använda den på ett säkert sätt. Nedan ska jag försöka förklara detta intressanta fenomen.

Diagrammet ovan illustrerar en typisk icke-linjär last kopplad till ett distributionsnät. I diagrammet representerar Ls den ekvivalenta interna impedansen för distributionsnättransformatorn, L1 är ingångsimpedansen för den olinjära belastningen och APF-anslutningspunkten är mellan Ls och L1. Med en fast belastning är storleken på belastningsövertonerna direkt relaterad till summan av Ls och L1; ju större Ls + L1 är, desto mindre är belastningsövertonerna och vice versa. När APF inte är ansluten är ingångsimpedansen för belastningsövertoner Ls + L1. Men efter att APF är ansluten och teoretiskt dämpar alla övertoner som strömmar till distributionstransformatorn, skiftar den ideala trefasiga spänningskällan för övertoner till mittläget mellan Ls och L1. Vid denna tidpunkt är ingångsimpedansen för belastningsövertoner L1, så belastningsövertonerna på-sidan kommer att förstärkas synkront, med förstärkningsstorleken nästan lika med (Ls + L1) / L1.

Baserat på ovanstående analys förstärker APF-anslutning generellt övertoner på lastsidan. När Ls och L1 är ungefär lika, är den harmoniska förstärkningen signifikant. Eftersom belastningsingångsreaktansen för en typisk frekvensomformare är jämförbar med den interna impedansen hos distributionstransformatorn, kommer konfigurering av en APF att undertrycka ingångsövertoner fortfarande resultera i en märkbar förstärkning av frekvensomformarens ingångsövertoner. Detta gäller särskilt för vissa hög-effektfrekvensomvandlare som inte använder en ingångsinduktor, utan istället använder transformatorns ekvivalenta interna impedans som ingångsinduktansen. I det här fallet, teoretiskt sett, efter att ha använt en APF för att undertrycka frekvensomformarens ingångsövertoner, skulle belastningens (dvs. frekvensomformarens) ingångsströmövertoner bli oändliga, vilket innebär att den totala inströmmen skulle bli oändlig, vilket skulle kunna skada frekvensomformaren. I praktiken avslöjar observation av nätspänningen vid APF-anslutningspunkten ett kraftigt linjärt fall och spänningsökning, vilket till och med kan skada annan utrustning i nätet! Därför måste i sådana situationer en extra ingångsreaktans kopplas i serie med frekvensomformaren.

För att återgå till den initiala frågan, angående förstärkningen av belastningsövertoner orsakade av APF-anslutning, måste denna förstärkning beaktas fullt ut när APF-kapaciteten konfigureras. Den faktiska APF-kapaciteten bör vara minst (Ls+L1)/L1 gånger övertonens storlek före APF-anslutning för att säkerställa att APF har tillräcklig kapacitet för att dämpa övertoner som flödar till nätet från lasten. För växelriktarlaster med mycket låg ingångsimpedans, såsom de utan ingångsreaktans, måste en reaktans kopplas i serie mellan APF-anslutningspunkten och lasten. Reaktansvärdet bör i allmänhet betraktas som minst en reaktansgrad på 3 %, och sedan bör APF-konfigurationskapaciteten beräknas baserat på förhållandet mellan Ls och induktansen för den serieanslutna ingångsreaktansen.