दूसरे से 50वें हार्मोनिक ऑर्डर फ़िल्टरिंग: क्यों ब्रॉडबैंड एएचएफ ट्यून्ड फ़िल्टर को मात देता है

सारांश। 2 से 50 तक के हार्मोनिक ऑर्डर फ़िल्टरिंग वाले एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर (AHF) का चयन करना THDi ऑडिट पास करने और फेल होने के बीच का अंतर है। अधिकांश निम्न-वोल्टेज नेटवर्क अब एकल प्रमुख हार्मोनिक को वहन नहीं करते हैं: वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव, यूपीएस रेक्टिफायर, एलईडी ड्राइवर, ईवी चार्जर और इंडक्शन हीटिंग उपकरण इंटरहार्मोनिक्स और यहां तक ​​कि सम-ऑर्डर घटकों का एक घना स्पेक्ट्रम इंजेक्ट करते हैं जिसे ट्यून्ड डिट्यून्ड रिएक्टर बस नहीं देख सकते हैं। एक ब्रॉडबैंड एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर वास्तविक समय में पूर्ण तरंग को मापता है और 2 से 50 के ऑर्डर रेंज में एक समान-और-विपरीत करंट इंजेक्ट करता है, जिससे लोड मिश्रण की परवाह किए बिना ग्रिड करंट टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन 5% से नीचे चला जाता है। यह गाइड बताता है कि हार्मोनिक ऑर्डर फ़िल्टरिंग का वास्तव में क्या मतलब है, फिक्स्ड-ट्यून्ड फ़िल्टर 20-40% अवशिष्ट डिस्टॉर्शन पीछे क्यों छोड़ देते हैं, और वास्तविक औद्योगिक, डेटा सेंटर और नवीकरणीय प्रतिष्ठानों के लिए ब्रॉडबैंड AHF को कैसे आकार और कॉन्फ़िगर किया जाए।

"2 से 50 हार्मोनिक ऑर्डर" का वास्तव में क्या मतलब है?

हार्मोनिक ऑर्डर मौलिक आवृत्ति का पूर्णांक गुणक है जिस पर एक आवधिक विरूपण दोहराता है। 50 हर्ट्ज सिस्टम पर, 5वां हार्मोनिक 250 हर्ट्ज है, 7वां 350 हर्ट्ज है, और 50वां हार्मोनिक 2,500 हर्ट्ज तक पहुंचता है। इसलिए 2 से 50 ऑर्डर फ़िल्टरिंग के लिए रेटेड एक उपकरण को 100 हर्ट्ज (50 हर्ट्ज पर 2रा ऑर्डर) से लेकर 2,500 हर्ट्ज तक के घटकों को रद्द करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो एक पैसिव रेजोनेंट ब्रांच के बजाय एक वाइडबैंड करंट-नियंत्रित इन्वर्टर का उपयोग करता है।

यह अंतर मायने रखता है क्योंकि एक आधुनिक संयंत्र का हार्मोनिक स्पेक्ट्रम अब पाठ्यपुस्तक 5वां/7वां पैटर्न नहीं है। रिएक्टरों के साथ सिक्स-पल्स ड्राइव 5वें, 7वें, 11वें और 13वें ऑर्डर के करंट उत्पन्न करते हैं, लेकिन एक बार जब आप सिंगल-फेज स्विच-मोड पावर सप्लाई जोड़ते हैं, तो 3रे, 5वें, 7वें, 9वें, 11वें और 15वें ऑर्डर न्यूट्रल में दिखाई देते हैं, और 12-पल्स या एक्टिव फ्रंट-एंड रेक्टिफायर 23वें, 25वें और उच्च ऑर्डर में ऊर्जा धकेलते हैं। आर्क फर्नेस, वेल्डिंग इनवर्टर और विंड कन्वर्टर्स से इंटरहार्मोनिक्स पूर्णांक ऑर्डर के बीच बैठते हैं और एक डिट्यून्ड रिएक्टर बैंक के लिए अदृश्य होते हैं। एक एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर डीएसपी के साथ लोड करंट का नमूना लेता है, तरंग को विघटित करता है, और हर उस आवृत्ति पर एक क्षतिपूर्ति करंट संश्लेषित करता है जिसे वह लक्षित करने के लिए प्रोग्राम किया गया है - आमतौर पर 2रे से 50वें ऑर्डर तक एक चयन योग्य रेंज, व्यक्तिगत ऑर्डर को चालू या बंद करने योग्य के साथ।

भौतिक रूप से, फ़िल्टर एक वोल्टेज-स्रोत इन्वर्टर है: एक आईजीबीटी ब्रिज, एक डीसी बस कैपेसिटर बैंक, एक आउटपुट फ़िल्टर इंडक्टर और एक हाई-स्पीड कंट्रोलर। यह अनुनाद पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए यह कैपेसिटर बैंक की तरह हार्मोनिक्स को बढ़ा नहीं सकता है, और यह बदलते लोड प्रोफाइल से ओवरलोड नहीं हो सकता है। यह तकनीकी परिभाषा है जिसे खरीदारों को डेटाशीट पर सत्यापित करना चाहिए: फ़िल्टरिंग ऑर्डर रेंज, प्रतिक्रिया समय, स्विचिंग आवृत्ति, और क्या ऑर्डर चयन प्रति इंस्टॉलेशन प्रोग्रामेबल है।

दो माप विवरण अक्सर भ्रमित होते हैं। THDi एक अनुपात है - हार्मोनिक आरएमएस को फंडामेंटल आरएमएस से विभाजित किया जाता है - इसलिए यह तेजी से बढ़ता है जब फंडामेंटल करंट हल्के लोड पर गिरता है, भले ही पूर्ण हार्मोनिक करंट नहीं बढ़ा हो। TDD हार्मोनिक करंट को अधिकतम मांग करंट के मुकाबले व्यक्त करता है, यही कारण है कि उपयोगिताएं आमतौर पर सामान्य कपलिंग के बिंदु पर TDD लागू करती हैं जबकि प्लांट इंजीनियर बोर्ड पर THDi को ट्रैक करते हैं। एक ब्रॉडबैंड फ़िल्टर पूर्ण हार्मोनिक करंट की क्षतिपूर्ति करता है, इसलिए एक ही 50 ए मॉड्यूल एक ही साइट पर दो माप बिंदुओं पर बहुत अलग THDi मान दिखा सकता है। विनिर्देशों का आदान-प्रदान करते समय हमेशा माप बिंदु, लोड स्थिति और उपयोग किए गए मानक (आईईईई 519 या आईईसी 61000-3-12) बताएं।

ब्रॉडबैंड फ़िल्टरिंग फिक्स्ड-ट्यून्ड समाधानों को क्यों हराती है

1. पूर्ण-स्पेक्ट्रम कवरेज अवशिष्ट विरूपण को हटाता है।एक 7% डिट्यून्ड रिएक्टर कैपेसिटर की रक्षा करता है लेकिन ट्यून्ड आवृत्ति के आसपास केवल एक संकीर्ण बैंड को अवशोषित करता है। ड्राइव-भारी संयंत्रों पर फील्ड माप नियमित रूप से पैसिव फ़िल्टरिंग के बाद THDi को 32% से 18-20% तक गिरते हुए दिखाते हैं, जो अभी भी आईईईई 519 और आईईसी 61000-3-12 योजना सीमाओं से बहुत ऊपर है। 2 से 50 ऑर्डर को कवर करने वाला एक ब्रॉडबैंड एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर आमतौर पर कनेक्शन के बिंदु पर करंट THDi को 5% से नीचे लाता है, क्योंकि यह उनमें से एक के बजाय सभी लक्षित ऑर्डर के योग की क्षतिपूर्ति करता है।

2. यह लोड बदलने पर अनुकूलित होता है।पैसिव समाधान एक ऑपरेटिंग बिंदु के लिए आयामित होते हैं। जब एक संयंत्र रात में 30% लोड पर और चरम पर 90% पर चलता है, तो कैपेसिटर-रिएक्टर ब्रांच की अनुनाद आवृत्ति जुड़े लोड के साथ बदल जाती है और क्षतिपूर्ति की गुणवत्ता खराब हो जाती है। AHF में सेलेक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टरिंग हर कुछ सौ माइक्रोसेकंड में लूप को बंद कर देती है, इसलिए क्षतिपूर्ति पूरे ड्यूटी चक्र में लोड को ट्रैक करती है - वेल्डिंग लाइनों, प्रेस शॉप्स और चार्जिंग हब के लिए महत्वपूर्ण।

3. यह न्यूट्रल और ट्रांसफार्मर की रक्षा करता है।ट्रिप्लिन हार्मोनिक्स (3रा, 9वां, 15वां) चार-तार प्रणाली के न्यूट्रल में अंकगणितीय रूप से जुड़ते हैं। सिंगल-फेज रेक्टिफायर लोड वाले ऑफिस बिल्डिंग, डेटा हॉल और ईवी चार्जिंग कार पार्क में अक्सर फेज करंट से ऊपर न्यूट्रल करंट देखा जाता है, जिससे इंसुलेशन फेलियर और ट्रांसफार्मर ओवरहीटिंग होती है। केवल 3रे ऑर्डर टारगेटिंग वाला चार-तार सक्षम एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर इन घटकों को रद्द कर सकता है; तीन-तार पैसिव बैंक नहीं कर सकता।

4. यह निवेश को भविष्य-प्रूफ बनाता है।संयंत्र लगातार लोड जोड़ते हैं। क्योंकि एक मॉड्यूलर AHF जैसे कि 50A रैक-माउंटेड 380V डायनामिक रिएक्टिव कम्पेंसेशन यूनिट को बाद में अतिरिक्त मॉड्यूल के साथ समानांतर किया जा सकता है, क्षमता स्विचगियर को बदले बिना बढ़ सकती है। प्रोग्रामेबल हार्मोनिक ऑर्डर चयन का मतलब यह भी है कि लोड मिश्रण बदलने के बाद उसी हार्डवेयर को फिर से ट्यून किया जा सकता है।

5. यह माध्यमिक लाभ वहन करता है।आधुनिक इकाइयां हार्मोनिक शमन को रिएक्टिव पावर कम्पेंसेशन, पावर फैक्टर करेक्शन और थ्री-फेज लोड बैलेंसिंग के साथ जोड़ती हैं, इसलिए एक एनक्लोजर एक कैपेसिटर बैंक, एक डिट्यून्ड रिएक्टर सेट और एक बैलेंसिंग डिवाइस को बदल देता है। मल्टीफंक्शनल 50A-600A एक्टिव पावर फ़िल्टर स्थापित करने वाले संयंत्र अक्सर 18-36 महीनों के भीतर लाइन हानियों को कम करके, ट्रांसफार्मर क्षमता जारी करके और उपयोगिता हार्मोनिक दंड से बचकर निवेश वसूल करते हैं।

6. यह आधुनिक ग्रिड की साक्ष्य आवश्यकता को पूरा करता है।उपयोगिताएं, बीमाकर्ता और ईपीसी सलाहकार तेजी से नाममात्र के दावे के बजाय मापा गया पहले/बाद के हार्मोनिक डेटा मांगते हैं। क्योंकि एक एक्टिव फ़िल्टर THDi, व्यक्तिगत ऑर्डर परिमाण, पावर फैक्टर और लोड करंट को लगातार लॉग करता है, यह अनुपालन रिकॉर्ड उत्पन्न करता है जो एक पैसिव बैंक नहीं कर सकता। ग्रिड-कोड अनुपालन खंडों के तहत वित्त पोषित परियोजनाओं पर, वह लॉगिंग क्षमता अक्सर सुविधा के बजाय निविदा आवश्यकता होती है।

व्यवहार में 2 से 50 ऑर्डर फ़िल्टरिंग को कैसे निर्दिष्ट और तैनात करें

एक ब्रॉडबैंड AHF को निर्दिष्ट करना एक चार-चरणीय इंजीनियरिंग अभ्यास है: मापें, आकार दें, कॉन्फ़िगर करें और सत्यापित करें।

चरण 1 - केवल THD संख्या नहीं, स्पेक्ट्रम को मापें।एक क्लास ए विश्लेषक के साथ एक सप्ताह का पावर क्वालिटी सर्वेक्षण व्यक्तिगत हार्मोनिक ऑर्डर, न्यूट्रल करंट, फेज असंतुलन और लोड प्रोफाइल को रिकॉर्ड करना चाहिए। आउटपुट आपको बताता है कि कौन से ऑर्डर हावी हैं, क्या सम-ऑर्डर या इंटरहार्मोनिक सामग्री मौजूद है, और क्या साइट को 3P3W या 3P4W क्षतिपूर्ति की आवश्यकता है। जिन साइटों पर 3रा और 9वां ऑर्डर फंडामेंटल के 10% से अधिक है, उन्हें चार-तार इकाई की आवश्यकता होती है - उदाहरण के लिए 30A चार-तार औद्योगिक हार्मोनिक दमन मॉड्यूल, जो न्यूट्रल पथ में ट्रिप्लिन हार्मोनिक्स को लक्षित करता है।

चरण 2 - kVA द्वारा नहीं, क्षतिपूर्ति करंट द्वारा आकार दें।आवश्यक फ़िल्टर करंट उन हार्मोनिक करंट का आरएमएस योग है जिन्हें आप रद्द करना चाहते हैं, भविष्य के लोड के लिए मार्जिन के साथ। एक सामान्य फील्ड नियम: फ़िल्टर करंट ≥ 1.2 * सामान्य कपलिंग के बिंदु पर मापा गया हार्मोनिक करंट। 28% THDi के साथ 180 A सिक्स-पल्स ड्राइव लोड को फीड करने वाले 400 V वितरण बोर्ड के लिए, हार्मोनिक करंट लगभग 50 A है, इसलिए 75 A मॉड्यूल पर्याप्त हेडरूम देता है। जहां लोड वृद्धि की उम्मीद है, एक 75A फ्लोर-स्टैंडिंग AHF कैबिनेट या एक समानांतर रैक सिस्टम पहले दिन ओवर-साइजिंग के बिना अतिरिक्त क्षमता रखता है।

चरण 3 - ऑर्डर चयन और प्रतिक्रिया को कॉन्फ़िगर करें।कमीशनिंग में, केवल सर्वेक्षण में मौजूद ऑर्डर सक्षम करें, लक्ष्य पीएफ और THDi थ्रेशोल्ड सेट करें, और प्रतिक्रिया समय की पुष्टि करें - उच्च-प्रदर्शन इकाइयां 5 एमएस के भीतर प्रतिक्रिया करती हैं और 20 एमएस के तहत पूर्ण क्षतिपूर्ति तक पहुंच जाती हैं। एक 400V 100A डेटा सेंटर AHF के लिए, ऑर्डर चयन सामान्य रूप से 5वें-25वें तक सीमित होता है जिसमें एक रूढ़िवादी लाभ होता है ताकि फ़िल्टर यूपीएस नियंत्रण लूप के साथ कभी भी दोलन न करे। 690V माइनिंग सिस्टम के लिए, प्राथमिकता मजबूती है: चौड़ी इनपुट सहनशीलता, आईपी54 एनक्लोजर और हेवी-ड्यूटी कूलिंग आक्रामक क्षतिपूर्ति गहराई से अधिक मायने रखती है।

सामान्य विनिर्देश त्रुटियों से बचने के लिए।kVA के बजाय हार्मोनिक करंट से आकार देना सबसे लगातार गलती है, इसके बाद चार-तार बोर्ड पर तीन-तार इकाई स्थापित करना, सीटी को फ़िल्टर के नीचे रखना ताकि कंट्रोलर अपने आउटपुट की क्षतिपूर्ति करे, और सील किए गए कैबिनेट में कूलिंग स्पेस की उपेक्षा करना। दो और जाल: यह मानना ​​कि कोई भी फ़िल्टर इनपुट सहनशीलता और एनक्लोजर सुरक्षा की जांच किए बिना 690 वी माइनिंग नेटवर्क को संभालता है, और यह भूल जाना कि समानांतर मॉड्यूल को मिलान फर्मवेयर और एक साझा सीटी सिग्नल की आवश्यकता होती है। इनमें से प्रत्येक बाद में अवशिष्ट विरूपण या उपद्रव ट्रिपिंग के रूप में दिखाई देता है, और प्रत्येक को एक उचित सिंगल-लाइन आरेख के साथ डिजाइन चरण में टाला जा सकता है।

चरण 4 - पोस्ट-इंस्टॉलेशन रिपोर्ट के साथ सत्यापित करें।उसी बिंदु पर समान लोड स्थितियों के तहत THDi, TDD, PF और न्यूट्रल करंट को फिर से मापें। सही ढंग से निर्दिष्ट ब्रॉडबैंड फ़िल्टर को सामान्य कपलिंग के बिंदु पर THDi ≤ 5%, PF ≥ 0.99 और चार-तार प्रणालियों पर 80% से ऊपर न्यूट्रल करंट में कमी प्रदान करनी चाहिए। निरीक्षण पर उपयोगिताओं और सलाहकारों द्वारा स्वीकार किए जाने वाले इस साक्ष्य को हैंडओवर दस्तावेज़ में शामिल करें - पहले/बाद की तरंग कैप्चर।

कई लोड प्रकारों को संयोजित करने वाले संयंत्रों के लिए, व्यावहारिक दृष्टिकोण एक हाइब्रिड आर्किटेक्चर है: एक केंद्रीय लो-वोल्टेज AHF औद्योगिक फैक्ट्री पावर क्वालिटी के लिए मुख्य वितरण बोर्ड पर, साथ ही समस्याग्रस्त उप-बोर्डों पर छोटे मॉड्यूल। यह क्षतिपूर्ति को स्रोत के करीब रखता है, केबल हानियों को कम करता है और चरणबद्ध निवेश की अनुमति देता है। मल्टी-बिल्डिंग साइटों पर कंट्रोलर नेटवर्क हार्डवेयर जितना ही महत्वपूर्ण है: पुष्टि करें कि मॉड्यूल को RS485 या ईथरनेट पर व्यक्तिगत रूप से संबोधित किया जा सकता है, कि इवेंट लॉग टाइम-स्टैम्प्ड हैं, और सिस्टम प्रति-ऑर्डर क्षतिपूर्ति की रिपोर्ट करता है ताकि रखरखाव टीमें उत्पादन प्रभावित होने से पहले एक खराब मॉड्यूल का पता लगा सकें।

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अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

हार्मोनिक ऑर्डर और हार्मोनिक आवृत्ति के बीच क्या अंतर है?

हार्मोनिक ऑर्डर मौलिक आवृत्ति का गुणक है; हार्मोनिक आवृत्ति परिणामी हर्ट्ज़ मान है। 50 हर्ट्ज आपूर्ति पर 5वां ऑर्डर 250 हर्ट्ज के बराबर है, जबकि 60 हर्ट्ज आपूर्ति पर समान ऑर्डर 300 हर्ट्ज के बराबर है। फ़िल्टरिंग विनिर्देश हमेशा ऑर्डर में लिखे जाते हैं क्योंकि वे स्थानीय ग्रिड आवृत्ति से स्वतंत्र होते हैं।

क्या AHF 2रे हार्मोनिक और सम ऑर्डर को फ़िल्टर कर सकता है?

हाँ। प्रोग्रामेबल ऑर्डर चयन के साथ एक ब्रॉडबैंड एक्टिव फ़िल्टर 2रे और 4थे जैसे सम ऑर्डर को लक्षित कर सकता है, जो हाफ-वेव रेक्टिफायर लोड और कुछ डीसी ड्राइव में दिखाई देते हैं। पैसिव डिट्यून्ड रिएक्टर ऐसा नहीं कर सकते, यही कारण है कि सेमीकंडक्टर और इलेक्ट्रोप्लेटिंग संयंत्रों को आमतौर पर एक्टिव फ़िल्टरिंग की आवश्यकता होती है।

क्या 2 से 50 फ़िल्टरिंग इंटरहार्मोनिक्स को कवर करती है?

आंशिक रूप से। इंटरहार्मोनिक्स पूर्णांक ऑर्डर के बीच बैठते हैं, और उनका रद्दीकरण ऑर्डर टेबल के बजाय कंट्रोलर बैंडविड्थ और स्विचिंग आवृत्ति पर निर्भर करता है। फास्ट डीएसपी कंट्रोल वाले हाई-परफॉरमेंस AHF अधिकांश लो-ऑर्डर इंटरहार्मोनिक्स को कम करते हैं, लेकिन विनिर्देश को हमेशा साइट माप के साथ सत्यापित किया जाना चाहिए।

क्या मेरे भवन के लिए 3-तार इकाई पर्याप्त है?

केवल तभी जब लोड वास्तव में तीन-फेज संतुलित हो। सिंगल-फेज लोड वाले वाणिज्यिक भवन, कार्यालय और चार्जिंग हब न्यूट्रल में ट्रिप्लिन हार्मोनिक्स उत्पन्न करते हैं, जिसके लिए 3रे ऑर्डर क्षतिपूर्ति के साथ चार-तार इकाई की आवश्यकता होती है। शुरुआत से 3P4W मॉडल चुनने से बाद में रेट्रोफिटिंग से बचा जा सकता है।

स्थापना के बाद मैं यथार्थवादी रूप से क्या THDi की उम्मीद कर सकता हूं?

सही आकार और कम से कम 20% हेडरूम के साथ, सामान्य कपलिंग के बिंदु पर करंट THDi आमतौर पर 3-5% तक गिर जाता है, और पावर फैक्टर 0.99 से ऊपर बढ़ जाता है। यदि माप बिंदु फ़िल्टर के नीचे स्थित है, तो स्थानीय लोड से अवशिष्ट विरूपण अभी भी दिखाई दे सकता है, इसलिए अनुपालन बिंदु को हमेशा स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट करें।

एक सिस्टम में कितने मॉड्यूल समानांतर किए जा सकते हैं?

अधिकांश मॉड्यूलर प्लेटफॉर्म प्रति कंट्रोलर समानांतर में चार से आठ इकाइयों का समर्थन करते हैं, जिसमें क्षमता सीटी अनुपात और बसबार रेटिंग द्वारा सीमित होती है। बड़े प्रतिष्ठानों में RS485 या ईथरनेट पर जुड़े कई कंट्रोलर का उपयोग किया जाता है, जो डेटा सेंटर और महत्वपूर्ण प्रक्रिया संयंत्रों के लिए N+1 अतिरेक को भी सक्षम करता है।

निष्कर्ष

हार्मोनिक ऑर्डर कवरेज एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर की तुलना करते समय सबसे उपयोगी विनिर्देश है। 5 एमएस प्रतिक्रिया, चार-तार क्षमता और प्रोग्रामेबल ऑर्डर चयन के साथ, 2 से 50 ऑर्डर फ़िल्टरिंग के लिए रेटेड एक इकाई बदलते लोड प्रोफाइल में आईईईई 519 और आईईसी 61000 सीमाओं को पूरा करेगी - जबकि फिक्स्ड-ट्यून्ड पैसिव समाधान केवल समस्या को स्थानांतरित करते हैं। पहले स्पेक्ट्रम को मापें, क्षतिपूर्ति करंट द्वारा आकार दें, फिर पोस्ट-इंस्टॉलेशन रिपोर्ट के साथ सत्यापित करें।

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