APF vs AHF vs SVG: คุณต้องการอุปกรณ์คุณภาพพลังงานแบบไหน?

สรุป การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่าง APF, AHF และ SVG ช่วยป้องกันข้อผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายสูงที่สุดในการจัดซื้อคุณภาพไฟฟ้า: การซื้ออุปกรณ์ที่แก้ไขปัญหาที่โรงงานไม่มี แม้ว่าทั้งสามจะใช้ตัวแปลง IGBT และมีลักษณะคล้ายกันในแคตตาล็อก แต่ active power filter จะเน้นที่การบิดเบือนกระแส, active harmonic filter จะเน้นที่ฮาร์มอนิกและมักจะรวมถึงกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟด้วย และ static var generator จะเน้นที่การรองรับแรงดันและการชดเชยรีแอกทีฟในระดับที่ใหญ่กว่ามาก การเปรียบเทียบนี้จะอธิบายวัตถุประสงค์การควบคุม, พิกัดทั่วไปและจุดวัดของอุปกรณ์แต่ละชนิด, แสดงให้เห็นว่าฟังก์ชันของอุปกรณ์ทับซ้อนกันที่ใด และให้เส้นทางการเลือกสำหรับโรงงานที่ต้องการมากกว่าหนึ่งความสามารถ นอกจากนี้ยังครอบคลุมการจัดเรียงแบบไฮบริดที่ AHF จัดการฮาร์มอนิกที่แผงควบคุม ในขณะที่ SVG จัดการกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่จุดจ่ายไฟเข้า

APF, AHF และ SVG คืออะไร ในทางเทคนิค?

อุปกรณ์ทั้งสามชนิดเป็นตัวแปลงแรงดันที่เชื่อมต่อแบบขนานกับเครือข่าย Active Power Filter (APF) จะวัดกระแสโหลด, แยกส่วนประกอบของการบิดเบือนและฉีดกระแสที่ตรงกันข้ามเพื่อให้กระแสไฟฟ้าที่จ่ายเป็นรูปไซน์ Active Harmonic Filter (AHF) ทำหน้าที่เดียวกันโดยมีการเลือกอันดับฮาร์มอนิกที่ชัดเจน และในตระกูลผลิตภัณฑ์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ยังให้กระแสรีแอกทีฟ, การปรับสมดุลโหลด และในบางรุ่น, การรองรับการกะพริบที่แรงดันต่ำ

Static Var Generator (SVG) ใช้โทโพโลยีตัวแปลงแบบเดียวกัน แต่มีวัตถุประสงค์การควบคุมที่แตกต่างกัน มันควบคุมกระแสรีแอกทีฟเพื่อรักษาแรงดัน, ปรับปรุงตัวประกอบกำลัง และลดการกะพริบ พิกัดจะแสดงเป็น kVAr หรือ MVA แทนที่จะเป็นแอมแปร์ของกระแสฮาร์มอนิก และมักจะใช้ที่แรงดันปานกลาง (6 kV ถึง 35 kV) สำหรับโรงงานพลังงานหมุนเวียน, สถานีไฟฟ้าย่อย และอุตสาหกรรมหนัก ที่แรงดันต่ำ เส้นแบ่งระหว่าง AHF และ SVG จะไม่ชัดเจน เนื่องจาก AHF สมัยใหม่ที่มีความสามารถด้านรีแอกทีฟสามารถทำสิ่งต่างๆ ได้มากมายเหมือนกับ SVG แรงดันต่ำขนาดเล็ก

ความแตกต่างในทางปฏิบัติคือปริมาณที่อุปกรณ์แต่ละชนิดวัดและควบคุม AHF จะวัดฮาร์มอนิกกระแสโหลดและควบคุมมัน; SVG จะวัดแรงดันและควบคุมเอาต์พุตรีแอกทีฟ APF มักจะเป็นฮาร์ดแวร์เดียวกันกับ AHF ที่มีเป้าหมายการควบคุมที่ง่ายกว่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมสองคำนี้จึงถูกใช้สลับกันในบางตลาดและแยกจากกันในตลาดอื่น เมื่อเปรียบเทียบใบเสนอราคา ให้ถามว่าอุปกรณ์ควบคุมอะไรจริงๆ, ที่จุดวัดใด, และจะเกิดอะไรขึ้นกับการควบคุมนั้นเมื่อเปิดใช้งานฟังก์ชันอื่น

พิกัดบอกส่วนที่เหลือของเรื่องราว AHF แรงดันต่ำมักจะมีกระแสชดเชย 15–600 A ที่ 380–690 V SVG แรงดันต่ำครอบคลุมตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อย kVAr SVG แรงดันปานกลางสูงถึงหลายสิบ MVA ในการกำหนดค่าแบบ cascaded H-bridge AHF 100 A ที่ 400 V เทียบเท่ากับความจุตัวแปลงประมาณ 69 kVAr ซึ่งแสดงให้เห็นว่าทำไมสองตระกูลผลิตภัณฑ์จึงมีขนาดแตกต่างกันมาก

ความจุตัวแปลงจะถูกแบ่งปัน ไม่ใช่การบวกเพิ่ม อุปกรณ์ 100 A ที่ 400 V มีความจุตัวแปลงปรากฏประมาณ 69 kVAr หากฉีดกระแสฮาร์มอนิก 60 A และกระแสรีแอกทีฟ 40 A ผลรวมเวกเตอร์ยังคงต้องอยู่ภายในพิกัด แผ่นการตลาดที่แสดงกระแสฮาร์มอนิกสูงสุดและกระแสรีแอกทีฟสูงสุดแยกกันจะบดบังข้อจำกัดนี้ และนี่คือเหตุผลที่พบบ่อยที่สุดที่อุปกรณ์มัลติฟังก์ชันทำงานได้ไม่ดีเท่าที่ระบุในเอกสารข้อมูลในโรงงานจริง

ทำไมการเลือกอุปกรณ์ผิดจึงเป็นข้อผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายสูง

1. ปัญหาแรงดันไม่ใช่ปัญหาฮาร์มอนิก โรงงานที่มีตัวประกอบกำลังคงที่ 0.86 และแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรต้องการการชดเชยรีแอกทีฟ ไม่ใช่การกรองฮาร์มอนิก การติดตั้ง AHF เพื่อแก้ไขค่าปรับตัวประกอบกำลังเป็นการสิ้นเปลืองความจุตัวแปลงไปกับกระแสรีแอกทีฟที่ธนาคารตัวเก็บประจุหรือ SVG สามารถจัดหาได้ในราคาที่ถูกกว่า

2. ปัญหาฮาร์มอนิกไม่หายไปกับอุปกรณ์รีแอกทีฟ ธนาคารตัวเก็บประจุช่วยปรับปรุงตัวประกอบกำลังและอาจขยายฮาร์มอนิกที่ 5 หรือ 7 หากการปรับจูนไม่ถูกต้อง โรงงานที่ติดตั้งตัวเก็บประจุเพื่อแก้ไขค่าปรับ PF และวัดการบิดเบือนที่แย่ลงได้เรียนรู้บทเรียนนี้ด้วยราคาแพง

3. จุดวัดเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์ AHF ควบคุมกระแสที่ตำแหน่ง CT ของตัวเอง หาก CT อยู่ที่แผงควบคุม แต่หน่วยงานวัดที่มิเตอร์ที่รองของหม้อแปลง โหลดต้นน้ำที่ไม่ได้ชดเชยจะยังคงอยู่ในค่าการวัดที่สอดคล้องกับข้อกำหนด SVG ที่จุดจ่ายไฟเข้าจะวัดแรงดัน ดังนั้นวัตถุประสงค์จึงสอดคล้องกับมิเตอร์ของหน่วยงานโดยธรรมชาติ การจับคู่อุปกรณ์กับจุดวัดมีความสำคัญพอๆ กับการจับคู่ฟังก์ชันกับปัญหา

4. ขนาดเป็นตัวกำหนดเศรษฐศาสตร์ สำหรับโหลดฮาร์มอนิก 200 A ที่ 400 V, APF พิกัด 50A–600A คือคำตอบที่ตรงไปตรงมา สำหรับความต้องการรีแอกทีฟ 20 Mvar ที่ 35 kV, SVG แรงดันปานกลางเป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงเพียงอย่างเดียว การพยายามครอบคลุมหน้าที่รีแอกทีฟขนาดใหญ่ด้วยฟิลเตอร์แรงดันต่ำแบบซ้อนกันนั้นมีค่าใช้จ่ายสูงและไม่สะดวกทางกลไก

5. หน้าที่ผสมผสานต้องการการระบุที่ชัดเจน อุปกรณ์ที่อ้างว่าทำหน้าที่ฮาร์มอนิก, PF และการปรับสมดุลต้องระบุการลดพิกัดเมื่อทั้งสามทำงานพร้อมกัน บางยูนิตให้กระแสฮาร์มอนิกเต็มที่เมื่อเอาต์พุตรีแอกทีฟเป็นศูนย์เท่านั้น ขอเส้นโค้งหน้าที่ผสมผสาน ไม่ใช่ค่าสูงสุดของแต่ละฟังก์ชัน

6. มาตรฐานแตกต่างกันไปตามฟังก์ชัน ขีดจำกัดฮาร์มอนิกมาจาก IEEE 519 หรือชุด IEC 61000; ขีดจำกัดแรงดันและ flicker มาจาก IEC 61000-3-3 และรหัสกริดของประเทศ อุปกรณ์ที่สอดคล้องกับวัตถุประสงค์หนึ่งอาจไม่มีหลักฐานสำหรับวัตถุประสงค์อื่น ซึ่งมีความสำคัญในการตรวจสอบ

7. วงจรชีวิตและอะไหล่แตกต่างกันไปตามตระกูลผลิตภัณฑ์ โมดูลฟิลเตอร์แรงดันต่ำเป็นรายการที่ใช้แล้วทิ้งในแคตตาล็อกของผู้จัดจำหน่าย; ส่วนประกอบย่อยของ SVG แรงดันปานกลางเป็นส่วนประกอบของโครงการที่มีระยะเวลานำยาวนาน โรงงานที่ใช้ฟิลเตอร์แรงดันต่ำเป็นมาตรฐานจะเก็บโมดูลสำรองหนึ่งชิ้นและครอบคลุมทุกแผงควบคุม โรงงานที่มี SVG แรงดันปานกลางต้องการแผนอะไหล่เฉพาะโครงการ และบ่อยครั้งคือสัญญาบริการ การเปรียบเทียบต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของที่ไม่คำนึงถึงความแตกต่างนี้จะทำให้เข้าใจผิด

8. หลักฐานรหัสกริดต้องตรงกับฟังก์ชันที่ประกาศ การเชื่อมต่อพลังงานหมุนเวียนต้องการความสามารถด้านรีแอกทีฟที่ได้รับการพิสูจน์, การทนต่อแรงดันตกคร่อม และขีดจำกัดการปล่อยฮาร์มอนิกที่จุดเชื่อมต่อ แพ็กเกจหลักฐานจะถูกรวบรวมตามประเภทอุปกรณ์และพิกัด การผสมผสานฟังก์ชันระหว่างอุปกรณ์สองชนิดนั้นใช้ได้ทางไฟฟ้า แต่เอกสารต้องแสดงว่าอุปกรณ์ใดส่งมอบข้อกำหนดใด และหน่วยงานจะถามในลักษณะนั้นอย่างแน่นอน

วิธีเลือกระหว่าง APF, AHF และ SVG

ขั้นตอนที่ 1 — ระบุลักษณะปัญหา ก่อนผลิตภัณฑ์ บันทึก THDi, อันดับฮาร์มอนิกแต่ละอันดับ, ตัวประกอบกำลัง, ความผันผวนของแรงดัน, flicker และความไม่สมดุลเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ ปัญหาที่เด่นชัดที่สุดจะเป็นตัวกำหนดอุปกรณ์; หากมีสองปัญหาที่ใกล้เคียงกัน ให้วางแผนสำหรับระบบไฮบริด

ขั้นตอนที่ 2 — ตรวจสอบว่ามีสายกลางเกี่ยวข้องหรือไม่ แผงควบคุมสี่สายที่มีโหลดเฟสเดียวต้องการการชดเชยฮาร์มอนิกที่สาม (triplen) APF แบบโมดูลาร์ที่ติดตั้งในแร็คสำหรับตู้จ่ายไฟแรงดันต่ำ ที่มีความสามารถสี่สายจะครอบคลุมกรณีนี้ในเฟรมที่กะทัดรัด

ขั้นตอนที่ 3 — ตัดสินใจเลือกสถาปัตยกรรมไฮบริดสำหรับปัญหาผสม การจัดเรียงทั่วไป: AHF ที่แผงควบคุมที่มีปัญหาแต่ละแผงสำหรับการบิดเบือนกระแส และ SVG ที่จุดจ่ายไฟเข้าสำหรับ PF และแรงดัน ตู้ SVG แบบโมดูลาร์ 150 kvar และ AHF แรงดันต่ำสำหรับโรงงานอุตสาหกรรม มักจะถูกนำมาใช้ร่วมกันในลักษณะนี้

ขั้นตอนที่ 4 — ยืนยันการประสานงานและการวางตำแหน่ง CT ตัวแปลงความเร็วสูงสองตัวบนเครือข่ายเดียวกันอาจมีปฏิกิริยาต่อกัน บันทึกจุดวัดสำหรับอุปกรณ์แต่ละชนิด ตั้งค่า AHF ให้ควบคุมกระแส และ SVG ให้ควบคุมแรงดัน และตรวจสอบความเสถียรเมื่อทั้งสองเปิดใช้งานภายใต้โหลดแบบขั้นบันได

ขั้นตอนที่ 5 — ระบุหลักฐานสำหรับแต่ละฟังก์ชัน ระบุมาตรฐานที่คุณต้องปฏิบัติตามและขอหลักฐานการทดสอบสำหรับแต่ละฟังก์ชัน: ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิก, ช่วง PF, แถบควบคุมแรงดัน และการลด flicker การอ้างสิทธิ์การปฏิบัติตามข้อกำหนดเพียงอย่างเดียวที่ครอบคลุมทุกฟังก์ชันนั้นไม่เพียงพอสำหรับการตรวจสอบโดยหน่วยงาน

ขั้นตอนที่ 6 — เปรียบเทียบต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ ไม่ใช่ราคาต่อหน่วย รวมพื้นที่สวิตช์เกียร์, สายเคเบิล, การสูญเสีย, การบำรุงรักษา และอะไหล่ AHF แบบมัลติฟังก์ชันอาจมีราคาสูงกว่า APF แบบธรรมดา แต่สามารถทดแทนธนาคารตัวเก็บประจุและตัวควบคุมแยกต่างหากได้ ซึ่งมักจะเปลี่ยนแปลงอันดับ

สำหรับโรงงานที่ใช้แรงดันปานกลางซึ่งกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟเป็นหลัก การตัดสินใจมักจะอยู่ระหว่าง SVG กับธนาคารตัวเก็บประจุแบบดั้งเดิมพร้อมตัวเหนี่ยวนำแบบดีจูน เรียกดู ช่วงของ SVG สำหรับการกำหนดค่าแรงดันปานกลาง และเปรียบเทียบกับ ช่วงของ AHF เมื่อปัญหาหลักคือการบิดเบือนกระแสมากกว่าการรองรับแรงดัน ทีมวิศวกรของเราสามารถจำลองทั้งสองสถานการณ์กับข้อมูลที่วัดได้ของคุณก่อนที่คุณจะตัดสินใจ

ทดลองก่อนขยายขนาด ในกรณีที่ไซต์งานมีแผงควบคุมที่คล้ายกันหลายแผง ให้กรองหนึ่งแผงเป็นโครงการนำร่องเป็นเวลาหนึ่งเดือน วัดผลลัพธ์ และใช้ข้อมูลเพื่อกำหนดขนาดส่วนที่เหลือ วิธีนี้มีค่าใช้จ่ายในการเข้าชมการทดสอบการใช้งานเพิ่มเติมหนึ่งครั้ง และมักจะแก้ไขข้อสมมติฐานอย่างน้อยหนึ่งข้อในการประเมินเบื้องต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับปริมาณกระแสรีแอกทีฟที่ตัวแปลงสามารถสำรองได้เมื่อหน้าที่ฮาร์มอนิกได้รับการครอบคลุมแล้ว

กับดักข้อกำหนดทั่วไป สี่ประการที่พบบ่อยที่สุด: การระบุพิกัดกระแสฮาร์มอนิกโดยไม่ระบุหน้าที่รีแอกทีฟในเวลาเดียวกัน; การระบุแถบควบคุมแรงดันโดยไม่ระบุระดับความผิดปกติที่ใช้กับมัน; การสันนิษฐานว่าหน่วยสี่สายจำเป็นเฉพาะในสำนักงานเท่านั้น; และการเปรียบเทียบอุปกรณ์มัลติฟังก์ชันกับอุปกรณ์ฟังก์ชันเดียวโดยพิจารณาจากราคาเพียงอย่างเดียว แต่ละข้อสามารถแก้ไขได้ง่ายด้วยบรรทัดเพิ่มเติมหนึ่งบรรทัดในตารางทางเทคนิค

วัดจุดเริ่มต้นอย่างถูกต้อง การเปรียบเทียบอุปกรณ์จะดีเท่ากับแบบสำรวจที่อยู่เบื้องหลังเท่านั้น บันทึกอันดับฮาร์มอนิกแต่ละอันดับ, PF ที่โหลดบางส่วนและโหลดเต็ม, ความผันผวนของแรงดันในช่วงการเปลี่ยนกะ, flicker ในกรณีที่มีโหลดเชื่อมหรือโหลดอาร์ค, และกระแสสายกลางบนแผงสี่สาย ข้อมูลสิบนาทีที่บันทึกในเวลาที่ไม่ถูกต้องจะทำให้การตัดสินใจทั้งหมดหลังจากนั้นผิดพลาด และเป็นเหตุผลที่พบบ่อยที่สุดที่อุปกรณ์ที่ระบุถูกต้องยังคงทำให้ผิดหวัง

จับคู่อุปกรณ์กับอัตราค่าไฟฟ้า หน่วยงานบางแห่งใช้ค่าปรับกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่วัดได้โดยเฉลี่ย 15 นาที ในขณะที่ขีดจำกัดฮาร์มอนิกอาจถูกประเมินในช่วงเวลาที่สั้นกว่ามาก ดังนั้นวัตถุประสงค์ทั้งสองจึงสามารถบรรลุได้ด้วยอุปกรณ์ที่แตกต่างกันซึ่งทำงานที่จุดต่างๆ ในการติดตั้ง และอุปกรณ์เดียวไม่ใช่วิธีที่ถูกที่สุดในการตอบสนองทั้งสองอย่างโดยอัตโนมัติ ตรวจสอบโครงสร้างอัตราค่าไฟฟ้าก่อนที่จะสันนิษฐานว่าหน่วยมัลติฟังก์ชันเดียวจะครอบคลุมทุกความเสี่ยง

คำถามที่พบบ่อย

APF เหมือนกับ AHF หรือไม่?

บ่อยครั้งฮาร์ดแวร์จะเหมือนกันและคำศัพท์ถูกใช้สลับกัน ตามหลักการแล้ว AHF จะระบุการเลือกอันดับฮาร์มอนิกที่ชัดเจน และมักจะเพิ่มฟังก์ชันรีแอกทีฟและการปรับสมดุล ในขณะที่ APF อธิบายหมวดหมู่ที่กว้างกว่าของการกรองแบบแอคทีฟ ยืนยันฟังก์ชันการควบคุมเป็นลายลักษณ์อักษร

AHF สามารถแทนที่ธนาคารตัวเก็บประจุได้หรือไม่?

บางส่วน AHF ที่มีความสามารถด้านรีแอกทีฟสามารถจ่ายกระแสรีแอกทีฟแบบนำหรือแบบล้าหลังและปรับปรุงตัวประกอบกำลังได้ แต่ kVAr ต่อแอมแปร์จะถูกจำกัดโดยพิกัดตัวแปลง หน้าที่รีแอกทีฟขนาดใหญ่จะประหยัดกว่าด้วย SVG หรือธนาคารตัวเก็บประจุที่ปรับจูนอย่างถูกต้อง

ฉันต้องการทั้ง AHF และ SVG หรือไม่?

เฉพาะในกรณีที่ทั้งการบิดเบือนฮาร์มอนิกและปัญหาแรงดันหรือ flicker มีนัยสำคัญ โรงงานอุตสาหกรรมหลายแห่งแก้ไขการบิดเบือนที่แผงควบคุมด้วย AHF และปล่อยให้การรองรับแรงดันเป็นหน้าที่ของหน่วยงาน พลังงานหมุนเวียนและกริดที่อ่อนแอ มักต้องการทั้งสองอย่าง

อุปกรณ์ใดตอบสนองเร็วกว่า?

ทั้งสองเป็นแบบตัวแปลงและมักจะตอบสนองภายในมิลลิวินาที ความแตกต่างอยู่ที่วัตถุประสงค์การควบคุมมากกว่าความเร็ว AHF จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงกระแสโหลด ในขณะที่ SVG จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดัน ดังนั้นความเร็วที่ปรากฏขึ้นอยู่กับสิ่งที่กำลังวัด

SVG สามารถกรองฮาร์มอนิกได้หรือไม่?

SVG บางรุ่นมีโหมดการชดเชยฮาร์มอนิก แต่พิกัดจะถูกคำนวณเป็น kVAr สำหรับหน้าที่รีแอกทีฟ ดังนั้นความจุฮาร์มอนิกจึงมีจำกัด ในกรณีที่การบิดเบือนเป็นปัญหาหลัก AHF เฉพาะจะใช้ความจุตัวแปลงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า

แล้วปัญหาฮาร์มอนิกแรงดันปานกลางล่ะ?

การกรองแรงดันปานกลางมักจะรวม SVG แบบขั้นบันไดหรือส่วนกรองแบบจูนเข้ากับฟิลเตอร์แรงดันต่ำที่แหล่งกำเนิด วิธีแก้ปัญหาที่ประหยัดที่สุดมักจะเป็นการกรองที่แรงดันต่ำซึ่งเป็นที่ตั้งของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นจริงๆ แทนที่จะเป็นที่จุดจ่ายไฟเข้า MV

บทสรุป

APF, AHF และ SVG ใช้โทโพโลยีร่วมกัน แต่ไม่ใช่จุดประสงค์ จับคู่อุปกรณ์กับปัญหาที่วัดได้: การบิดเบือนกระแสต้องการการกรอง, แรงดันและหน้าที่รีแอกทีฟต้องการ SVG, และปัญหาผสมผสานสมควรได้รับระบบไฮบริดที่มีจุดวัดที่แยกจากกันอย่างชัดเจน ระบุเส้นโค้งหน้าที่ผสมผสานและหลักฐานการทดสอบต่อฟังก์ชัน และการเลือกจะกลายเป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมแทนที่จะเป็นการเปรียบเทียบในแคตตาล็อก

ไม่แน่ใจว่าไซต์ของคุณต้องการอุปกรณ์ใด? แบ่งปันข้อมูลคุณภาพไฟฟ้าหนึ่งสัปดาห์ และเราจะบอกคุณว่าฟังก์ชันใดสมเหตุสมผล ฟังก์ชันใดไม่สมเหตุสมผล และการกำหนดค่าที่สอดคล้องกับข้อกำหนดเป็นอย่างไร ส่งข้อมูลของคุณเพื่อรับการตรวจสอบการเลือกฟรี.