タグ別アーカイブ: ガイドライン

ドライブでは高調波歪み

可変周波数ドライブ- (VFD-) 発生する高調波は主に認識されている, のではなく、本当の, 問題. で 27 空調や他のアプリケーションでのVFDを適用した年, この著者は、実際の高調波問題のほんの一握りを経験している, 1つを除くすべての電圧ひずみを高レベルに起因して, 最近あまり注目を集めてきたではない現在の歪み.

筆者が遭遇しているVFD-干渉問題のほとんどは貧しいインストールの結果だった - 特に, 貧しい配線と接地. 大抵の場合, 無線周波妨害 (RFI) または電磁干渉 (EMI), しない高調波, 犯人だった. RFI / EMIの問題が50 kHzのローへのメガヘルツの範囲内のノイズから生じる, ていない五300-Hzまたは420 Hzの7次高調波の範囲.

歴史

で 1981, ANSI / IEEE規格 519, ハーモニック·コントロールと静的パワーコンバータの無効補償のためのIEEEガイド, 掲載されました. それが最大の総高調波電圧歪みを含んでいた (THD) 提言.

極端に, 電圧歪みは、電力系統電圧波形の平坦なトッピングを引き起こす可能性が (図 1), 敏感な電子プロセッサは混乱し、作動不良になる可能性がどの.

で 1992, ANSI / IEEE規格 519 改正された. 名前を変更した 電力システムにおいて、IEEEの推奨プラクティスと高調波制御するための要件, それは今全高調波電流歪みの詳細を集中 (THD1) 電圧歪みより.

THD1 ユーティリティstep-down/step-up変圧器を介して伝播し、別の施設から、その方法を作ることができます. 例えば, 数年前に, 蛍光表示管(VFD)のメーカーは、バーンイン試験動作中に電流歪みを大量に作っていた. 現在の歪みは、隣接印刷工場にユーティリティー·フィードへのVFDメーカーの工場で実用変圧器を旅, コントロールおよび直流に論理回路を破壊 (DC) ドライブ印刷工場の印刷機を稼働し、故障の印刷プレス登録を引き起こす.

THD1 通常のユーティリティが提供する配電用変圧器に追加の暑さの中での結果, だけでなく、それが元である機器のパワー·フィーダーケーブル. 基本的には, THD1 施設へのユーティリティが生成しなければならないことを、現在のソースである, それは実用性に全く収益をもたらさない. それはユーティリティの現実的な問題ですが、, THDIは、主にビューの施設管理者の視点から認識された問題です。.

ANSI / IEEE規格 519-1992 THDのシステムの問題性に対処1 総需要の歪みを導入することにより、 (TDD), 次のように計算することができる:

どこ:

私は =システムによって測定される総高調波電流

私はHC のVFDで貢献=総高調波電流

私は =最大需要負荷電流 (基本周波数成分) (15- 又は30分の需要) 共通結合点の効用 (PCC) システムで測定され

私は =基本周波数成分のVFDが寄与する (のVFDは、既存の負荷に加えている場合にのみ含まれ)

(すべての量は、二乗平均アンペアのルートにあります。)

ANSI / IEEE規格 519-1992 米国, 「産業プラント内, PCCは、非線形負荷とその他の負荷との間のポイントである。「多くのコンサルティングエンジニアは、これが意味すると解釈していることTHD1 VFD入力電源接続部で測定される (PCC2, 代わりPCC1の, 図に 2). ANSI / IEEE規格のこの誤用 519-1992 空調業界ではマルチドライブの過剰使用に貢献してきました. 施設·設備のドルの何百万はの仕様とインストールによって浪費されています 12- 標準的な6パルス駆動が実質的に少ない初期費用で同じ仕事をしたであろうに、商業オフィスビルや他​​の環境では、18パルスドライブ.

また、不幸な事実は、ANSI / IEEE標準である 519-1992 許容できる最大のTDD 5つの異なるレベルがあります, 最大短絡電流との比に依存する (私はサウスカロライナ州) 最大Iへ PCCで. 私サウスカロライナ州-からI 表中の割合 1 設備へのユーティリティの供給物の強度および変電所変圧器の大きさの関数である.

現況

多くの仕様だけで状態, "のVFDは、ANSI / IEEE規格519に適合しなければならない。「このような文は、高調波の計算を実行するために必要な情報がなくても意味がありません:

  • 変圧キロボルト·アンペアとパーセントインピーダンス.
  • 総リニア接続負荷アンペア数や総期待リニア接続アンペア数.
  • のVFDの数や大きさ.
  • ユーティリティIサウスカロライナ州 利用できる.

製造業者は、追加情報がある場合の計算はより正確である, そのような施設の総電流のような, 既存の高調波成分, ワイヤサイズおよび長.

一部の技術者は馬力サイズ要件に基づいて、ハードウェア仕様を書くことに撮影した. 例えば: 「すべてのVFD 100 HPと最大18パルスの設計でなければならない。」で 100 馬力, 18パルスドライブは、簡単にエネルギーの節約無し改善した6パルスドライブの4倍の費用がかかる.

つまり、Aのアプリケーションがないと言うことではない 12- または18パルスドライブが適切である. 取る, 例えば, 住宅街にあるシンダーブロックポンプ場. この著者は3 300馬力のVFDがされたものを観察, 頭上の蛍光灯, 壁掛け式のプログラマブル·ロジック·コントローラ (PLC). ポンプ場は、専用の480-Vトランスによって供給された. 事実上変圧器全体の負荷が非直線的であった. VFD非線形の負荷は約表現 1,100 アンペア. PLCと蛍光軽負荷はアンペアのカップルとなりました. つまり、18パルスまたは他の超低高調波VFD技術のための理想的なアプリケーションでした.

商業オフィスビル内, のVFDは、すべてのファンとポンプにインストールされている場合, 彼らは通常よりも少ないが使用されます 20 電力需要の負荷の割合(%). ほとんどすべてのそのような場合、, 標準の6パルスドライブが適しています.

人気の信念に反して, ANSI / IEEE規格 519 法律や政府/ユーティリティ規制はありません; それが「お勧め」です。それは、その推奨される高調波の限界を厳守のことを述べ、「常に生じるの問題を防ぐことはできません。「逆も真である: 施設は、標準の最大推奨制限値を超える高調波を持ち、困難を経験していない可能性.

テクノロジー

VFD-発生する高調波を緩和する最も簡単で安価な方法は、VFDのインピーダンスを追加しています. これは、入力ライン反応器を用いて達成することができる (図 3) またはDCリンクリアクタ (バスチョーク) (図 4). 1%のソースインピーダンスシステムでは, 3%の線に反応器を約VFDへの入力における高調波電流の含有量を低減することができる 40 全負荷出力でのパーセント.

ハーモニック·緩和技術の次世代最も一般的なタイプは、12パルスVFDです (図 5). 12パルスVFDは約に高調波電流含有量を減少させ 10 パーセント.

また、広帯域および受動フィルタ共通している (図 6). これらのハイブリッドのフィルタは、約に高調波電流含有量を減少させる 7 パーセント.

次の最も効果的な技術は、18パルス駆動である (図 7), これは典型的に蛍光表示管(VFD)の入力で約5%の電流歪みを提示. 無インピーダンスのVFDと比較, 全高調波低減の範囲である 93 パーセント.

比較的新しい技術は、アクティブ高調波フィルタである (図 8) アクティブ·フロントエンドVFD (図 9). 単一のアクティブフィルタは、いくつかのVFDや施設全体の高調波をフィルタリングすることができます. その間, 蛍光表示管(VFD)入力で測定 - - アクティブ·フロント·エンドとVFDのTHDI内容は通常よりも少ない 4 パーセント, 全高調波電流含有量の減少があるとき 95 パーセント.

テーブル 2 予想される電流歪みが一覧表示されます, パーセントの電流歪み低減, そして、様々な高調波低減技術の相対的なコスト. 推定値は、1%のソース·インピーダンス·システムと完璧なバランス電圧源に基づいています.

すべてのハードウェア·ベースの, 高調波低減の「ブルートフォース」の方法は、入力電力系統電圧不均衡によって悪影響を受けている. ほとんどの製造業者は、VFDのVFDから高調波歪みを推定するために使用することができるコンピュータプログラムを有する.

変電所変圧器ベースロードより, PCCでの電流歪み低い. 高調波電流歪みは、追加の変圧器の加熱の原因となりますので, 多くの場合、ユーティリティ設備から期待される負荷に対する相対的なオーバーサイズ変電所の変圧器. 結果として, 正しい最大トランス負荷を持つ (推定または測定) 不可欠である. そうでなければ, 最大トランスI 想定されている必要があり.

DIRTY小さな秘密

ほとんどの高調波解析プログラムは、利用可能な電力が平衡電圧であると仮定 - 例えば, 480 v各A相に, B相, C相. 現実の世界では, しかしながら, うまく設計された建物の配信システムがどんなに, 完璧なバランスが得られない. 多少のアンバランスがあるため、最適なものを望むことができる, など 478:480:482 で. ほとんどのユーティリティは、最大の電力·電圧不均衡を許可する 3 パーセント.

何年も前に, 中西部の大規模大学で, 省エネ改修プロジェクトで提供のVFDは、ANSI / IEEE規格で推奨されている歪みレベルを超えた建物のために非難されていた 519. 高調波解析では、実質的な第三高調波成分を示した. 完璧な世界で, のVFDは、第三高調波を作成しないでください, 第三、その他triplenの高調波が原因のVFDの3相の性質のキャンセルと. もし, しかしながら, フェーズAとの間の電圧関係, B, Cはアンバランスである, キャンセルが完全に発生しない, とのVFDはtriplen高調波を作成することができます. この場合, A相は約だった 450 で, フェーズB、Cは近くにあったが 480 で. 大学はよりバランスのとれた状態への入力電圧を得るために負荷を移動させるように頼まれた. それが行われた後は, のVFDは、高調波歪みのレベルの上昇を引き起こして停止.

1990年代半ばの間に, パワーエレクトロニクス応用センター, 電力研究所の子会社, のドライブをテスト 17 入力ライン反応器またはDCバスチョークなしでVFDの入力ラグでmanufacturers.1 0.2%の電圧不平衡は、17%の電流不均衡まで引き起こすことが見出された.

不平衡入力電力システムと, すべてのハードウェア·ベースのハーモニック·緩和技術は、有害な高調波キャンセルの影響を受けます. 例えば, 12パルス位相シフト変圧器は、3つの入力リードと6出力リードと2つのコンポーネントがあります: デルタ/デルタ巻セットとデルタワイ巻セット (図 10). この構成では、ドライブの2つのダイオードブリッジの一方に供給される電力の30度の電気的位相シフトを引き起こす, 原因, 完璧な世界で, キャンセルされる5、第7高調波. 入力電力が不平衡である場合, しかしながら, キャンセルが完全に発生しない.

いくつかのVFDメーカーは自動変圧器の前にさらに5%のインピーダンスリアクターで18パルスドライブを供給. これは巻線の自動トランスの3つのセットに電流消費のバランスをとるのに役立ちますし、不平衡電圧とソースフィードの影響を最小限に抑えることができます.

だから、完璧な世界ではない - 今は何?

VFD入力で超低高調波を得るための最も効果的な手段は、アクティブフィルタまたはアクティブフロントエンドです. アクティブフィルタは、アクティブノイズ低減ヘッドセットのように動作します. もし, 例えば, それは、電源の相Aで30アンペア第五高調波を検出する, それは30アンペア第五次高調波を注入 180 VFD作成された高調波の位相がずれ度, キャンセルエフェクトの作成. それは自動的に修正高調波成分を測定し、注入するため、この技術は、受信電圧のアンバランスの影響を受けにくい.

いくつかのメーカーは、超低高調波VFD技術を作る. 超低高調波VFDは6絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有する (のIGBT), むしろ受動的なダイオードブリッジのコンポーネントより, そのコンバータセクションの (図 11). これらのIGBTは、VFDによって描かれた高調波電流を制御. 描かれていない高調波電流と, 全くキャンセルは必要ありません. 超低高調波技術は、一般的に入力高調波電流を低減 4 VFD入力における%以下 (テーブル 2).

1試験で, 18-パルストランス/ドライブの入力で3%の電圧不均衡は電流歪1.5%の当たりユニットの増加を引き起こした. こうして, コンピュータ高調波解析推定値があったならば 4 パーセント, 実際のTHDIはあったであろう 5.5 パーセント.

超低高調波またはアクティブフィルタ方式で, 3%の電圧アンバランスがより少ないことにより、高調波電流歪みを増加させる 0.5 単位当たりのパーセント.

結論

デザインが完成される前に、高調波解析を行うべきである. 分析は、建物の主要なユーティリティサービスの入口に電流歪みを決定するためにPCCで行うべきである. 特定の馬力以上の任意のドライブは、特定の技術になるものとしていることを口述し、ハードウェアベースの仕様を利用してはならない.

リファレンス

1) マンスール, A., フィップス, K., & アイアン, R. (1996). システムの互換性に関する研究: 五馬力PWM可変速ドライブ. ノックスビル, テネシー州: パワーエレクトロニクス応用センター.

過去のため HPACエンジニアリング 特集記事, 訪問 www.hpac.com.

ABB社のためのHVACアプリケーションのマネージャー. パワー & 制御セールス, マイケル·R. オルソンは、空調に豊富な経験を持っている, 水/廃水処理, および化学産業. 彼は、可変速ドライブの適用を議論する数多くの貿易雑誌の記事を書かれており、テーマに関する数冊の本に寄稿編集されている. 彼は、イリノイ大学で電気工学の学士号と工学のミルウォーキーの学校からの技術管理の修士号を持っている. 彼は暖房のアメリカの社会のメンバーである, 冷凍空調技術者とBACnetの国際. 彼はで接触させることができる mike.olson @ us.abb.com.

電力品質の問題と新ソリューション (ICREPQ紙)

著者: A. アルメイダ, ザ. モレイラ. J. 薄い

ISR - 電気·コインブラのコンピュータ工学大学の学科, ポロII 3030-290 コインブラ (ポルトガル) 電話: +351 239 796 218, ファックス: +351 239 406 672 電子メール: adealmeida@isr.uc.pt, licinio@isr.uc.pt, Jdelgado@elect.estv.ipv.pt.

抽象的な: 本論文では, 主電源品質 (PQ) 問題は、それに関連する原因と結果が表示される. PQに関連した経済的影響を特徴としている. 最後に, PQ問題を軽減するためにいくつかの解決策が提示されている.

キーワード

電力特性, 電力品質の問題, 電力品質コスト, 電力品質ソリューション.

1. はじめに

電力特性 (PQ) 関連する問題は、今日最も懸念される. 電子機器の普及, このような情報技術機器など, このような可変速ドライブなどのパワーエレクトロニクス (ASD), プログラマブル·ロジック·コントローラ (PLC), エネルギー効率の良い照明, 電気負荷の自然の完全な変更をもたらした. これらの負荷は、同時に主要なcausersと電力品質問題の主な犠牲者である. それらの非直線性に起因する, これらのすべての負荷は、電圧波形の乱れを引き起こす.

技術進歩に伴い, 世界的な経済の組織がグローバル化に向けて進化してきましたし、多くの活動の利益率は低下する傾向にある. プロセスの大部分の感受性の増大 (インダストリアル, サービス、さらには住宅) PQの問題にすべての活動分野での競争力のための重要な要素品質の電力の可用性をオン. 最も重要な領域は、連続プロセス産業と情報技術サービスである. 外乱が発生した場合, 巨大な経済的損失が発生する可能性があります, 生産性と競争力の結果的損失.

多くの努力がユーティリティによって取られてきたが, 一部の消費者は、現代の電気のネットワークが提供するレベルよりも、PQの高いレベルが必要です. これは、いくつかの対策が電力品質の高いレベルを達成するために注意しなければならないことを意味.

2. 電力品質問題のタイプ

電力品質問題の最も一般的なタイプは、表に示されている.

3. 電力品質特性評価

も、最も先進的な送配電システムは、現代社会における負荷が正しく機能するために信頼性の所望のレベルに電気エネルギーを提供することができません. 現代のT&D (送配) システムがために突出している 99,9 へ 99,99% 可用性. この値は、ネットワークの冗長レベルの高度に依存する, 地理的位置と電圧レベルに応じて異なるものである (可用性は、HVネットワークで高くなっている). いくつかのリモートサイトにある, Tの可用性&Dシステムは、できるだけ低いことが 99%. でも、と 99,99% レベルの同等の中断時間がある 52 年間分.

現代のデジタル経済において最も要求の処理はして電気エネルギーを必要とする 99.9999999% 可用性 (9-ナインの信頼性) 正常に機能させるには.

間で 1992 と 1997, EPRIは外乱の平均期間を特徴づけるために、米国で研究を行った. 代表的なサイトの結果, 6年の期間は以下の通りである間、.

電力品質の問題と新しい解決策_img_0イチジク. 1 - の典型的な施設の継続時間によるPQ障害の典型的な分布 6 年 (1992-97) 米国では [2].

表I - 最も一般的な電力品質の問題 [ 1], [4]

1. 電圧低下 (ディップ) 説明: 間の通常の電圧レベルの低下 10 と 90% 電源周波数での公称RMS電圧の, の期間のための 0,5 サイクル 1 分.原因: 送信、配布、ネットワーク上の障害 (並列フィーダー上の時代の最も). 消費者のインストールの障害. 重い負荷の接続や大型モータの起動時.結果: 情報技術機器の作動不良, すなわち、マイクロプロセッサベースの制御システム (パソコン, PLCの, 自閉症, 等) それは、プロセスの停止につながる可能性が. コンタクタと電気機械式リレーのトリップ. 断線や回転電機の効率の損失.

2. 非常に短い中断

 

説明: 1または2秒に数ミリ秒から期間中の電気の供給の合計中断.原因: 主に保護装置の開放および自動再閉鎖に起因するネットワークの障害のある部分を廃止する. 主断層の原因は、絶縁不良である, 雷と絶縁体フラッシュオーバー.結果: 保護装置のトリップ, データ処理装置の情報や誤動作の損失. 敏感な機器の停止, このような自閉症など, パソコン, PLCの, 彼らはこのような状況に対処する準備ができていないなら.
3. 長い中断 説明: より長い期間のための電力供給の合計中断 1 へ 2 秒原因: 電力システムネットワークにおける機器の故障, 嵐とオブジェクト (木, カール, 等) 印象的な線や極, 火災, ヒューマンエラー, 保護デバイスの不正なコーディネートを、失敗した場合.結果: すべての機器の停止.

4. 電圧ノイズ

 

説明: 数ミリ秒数マイクロから期間のための電圧値の非常に高速なバリエーション. これらの変化は、数千ボルトに達することがある, でも、低電圧での.原因: ライトニング, 線または力率補正キャパシタの切り替え, 重い負荷の断線.結果: 部品の破壊 (特に、電子部品) 断熱材の, データ処理エラーまたはデータの損失, 電磁妨害.

5. 電圧スウェル

 

説明: 電圧の瞬間的な増加, 電源周波数の, 通常の許容範囲外に, 複数のサイクルの継続時間と、数秒以下(typ).原因: 重い負荷のスタート/ストップ, ひどく寸法と動力源, ひどく規制変圧器 (主にオフピーク時).結果: データ損失, 照明や画面のちらつき, 停止または敏感な機器の損傷, 電圧値が高すぎる.

6. 高調波歪み

 

説明: 電圧または電流波形は非正弦波形状をとる. 波形は、異なる大きさと位相と異なる正弦波の和に相当する, 電力系統周波数の倍数である周波数を有する.原因: 古典的なソース: 磁化曲線の膝の上に作業電気機械 (磁気飽和), アーク炉, 溶接機, 整流器, 及びDCブラシモータ. 現代の情報源: すべての非線形負荷, 例えば、自閉症を含むパワーエレクトロニクス機器, モード電源を切り替える, データ処理装置, 高効率照明.結果: 共振の発生確率が高く, 3相システムにおける中性過負荷, すべてのケーブルや機器の過熱, 電気機械の効率損失, 通信システムとの電磁干渉, 平均読書メーターを使用しての措置でのエラー, 熱保護の有害なトリップ.

7. 電圧変動

 

説明: 電圧値の発振, の周波数の信号によって振幅変調 0 へ 30 ヘルツ.原因: アーク炉, 電気モーターの頻繁なスタート/ストップ (インスタンスのエレベーター), 振動負荷.結果: ほとんどの結果は不足電圧に共通している. ほとんど知覚できる結果は、照明やスクリーンのちらつきです, 視覚の不安定な印象を与える.

8. ノイズ

 

説明: 電力系統の周波数の波形に高周波信号を重畳する.原因: マイクロ波等ヘルツ波によって誘発される電磁干渉, テレビ拡散, 放射線起因する溶接機へ, アーク炉, 電子機器. 不適切な接地も原因である可能性があります.結果: 敏感な電子機器への妨害, 通常、破壊的ではない. データの損失やデータ処理エラーが発生する場合があります.

9. 電圧不平衡

 

説明: 3つの電圧の大きさやそれらの間の位相角差が等しくないれた三相系における電圧変動.原因: 大型単相負荷 (誘導炉, トラクション負荷), システムの3つのフェーズすべて単相負荷の誤配布 (これは、障害に起因し得る).結果: アンバランスなシステムは、すべて3相負荷に有害な負のシーケンスが存在することを意味するものではあり. 最も影響を受ける負荷は三相誘導機である.

それは、図に見られるように. 1., 登録された障害の大多数 (約 87%) 未満続いた 1 第のみ 12 持っているよりも長い期間 1 分. それがすべてではないこれらの外乱は、機器の誤動作を引き起こすことは明らかである, しかし、敏感な機器の多くの種類が影響を受ける可能性があります.

EPRIの別の研究が行われた, 間で 1993 と 1999, 低電圧のPQを特徴付けるために (LV) 流通ネットワーク. この研究は結論づけ 92% PQにおける擾乱の振幅の電圧低下が最大に低下し、 50% そして、以下の期間 2 秒. イチジク. 2 下のたるみの典型的​​な分布を示している 0.5 秒およびマイクロ中断.

電力品質の問題と新しいソリューション_img_1イチジク. 2 - 米国でのLVネットワークのたるみとマイクロ中断の配布 [3].

ヨーロッパの先進国の状況は、米国で認められたものと非常によく似ています. イチジク. 3 期間2002年2月、1月に供給を監視することによって、ポルトガルの中心の工業地帯におけるPQの特徴付けを示す 2003.

電力品質の問題と新しいソリューション_img_2イチジク. 3 - ポルトガルの産業施設における電気エネルギー供給障害の特性評価.

4. 電力品質の問題のコスト

PQ問題のコストは、いくつかの要因の大きく依存している, 活動の主にビジネスエリア. その他の因子, 使用する機器の感度のような
設備や市況の, とりわけ, また、PQ問題のコストに影響を与える.

A. 電力品質コスト評価

PQ障害に関連する費用は、に分割することができます:

  1. 直接費用. 乱れに直接起因することができ、コスト. これらの費用は、機器にダメージ, 製造ロス, 原料の消失, 非生産的な期間における給与費や再起動のコスト. 時々, 非生産的な期間内に、いくつかの節約が達成される, このようなエネルギーの節約など, コストに差し引かなければならない. いくつかの障害は、生産停止を意味するものではありません, しかし、関連するその他の費用を持っている可能性, このような機器の効率や機器の寿命の低下の減少として.
  2. 間接コスト. これらの費用は、評価することが非常に困難です. 何らかの外乱および非生産的な期間に, 1当社は、いくつかの配達と緩い将来の注文の締め切りを達成できない可能性があります. 電力品質問題を防止するための投資は、間接的なコストと考えることができる.
  3. 非物質不便. 電源障害に起因するいくつかの不都合は、お金では表現できない, このようなラジオやテレビに耳を傾けないように. これらの不都合を考慮するための唯一の方法は、消費者が、この不都合を回避するために支払って喜んでであることをお金の量を確立することである [4], [5].
B. 電力品質コストに推計

いくつかの研究は、消費者のためのPQ問題のコストを評価するためになされている. 正確な値の評価はほぼ不可能です。; ので、すべてのこれらの研究は推計に基づく. これらの研究のいくつかを以下に示す.

  1. ビジネスウィーク (1991). PQコストが上の推定された 26,000 米国では年間100万ドル.
  2. EPRI (1994). 本研究では指摘され 400,000 米国では、PQ費用は年間百万ドル.
  3. 米国エネルギー省 (1995). PQコストが上の推定された 150,000 米国の年間100万ドル.
  4. フォーチュン誌 (1998). PQ費用は約あったことを述べた 10,000 米国では年間100万ドル.
  5. Eソース (2001). 連続プロセス産業からなる研究, 米国における金融サービスや食品加工, 上のPQ問題の平均年間コストを推定 60,000 へ 80,000 インストールにつきUSD.
  6. EUにおけるPQ費 (2001). 商工業の全体的なPQの費用, 欧州連合, で推定されている 10,000 年間100万ユーロ [6].

様々な研究の推定値は、多くの異なる, しかし、一般的な要因へのすべてのポイント: PQコストは莫大である.

℃. 瞬断のコスト

中断は、施設に最も知覚できる影響がPQの問題です. 表IIは、瞬間的な中断の典型的なコストをまとめたもの (1 分) 消費者のさまざまな種類の. 提示されコストが中断に対処するためにライドスルー能力を達成するための技術の主要な投資なしである. これらの値は、個々の研究で出版さサービスとElectrotek概念の経験に基づいています [5].

表II - 瞬間的な中断の典型的なコスト (1 分, $ / kWの需要の, 産業とサービス設備の種類ごとに.

瞬断のコスト ($/kWの需要)
最大 最小
産業の
自動車製造 5.0 7.5
ゴムおよびプラスチック 3.0 4.5
テキスタイル 2.0 4.0
1.5 2.5
印刷 (新聞) 1.0 2.0
石油化学製品 3.0 5.0
金属製作 2.0 4.0
ガラス 4.0 6.0
鉱業 2.0 4.0
食品加工 3.0 5.0
薬剤 5.0 50.0
エレクトロニクス 8.0 12.0
半導体製造 20.0 60.0
サービス
通信, 情報処理 1.0 10.0
病院, 銀行, 民事サービス 2.0 3.0
レストラン, バー, ホテル 0.5 1.0
商業店舗 0.1 0.5

それが分かるように, 産業部門は、ほとんどの中断による影響を受けている, 特に連続プロセス産業. サービス部門, コミュニケーションと情報の処理が最も影響を受けた事業領域である.

中断のコストは、その持続時間の関数である. イチジク. 4 その持続時間に対する中断のコストを示している.

電力品質の問題と新しいソリューション_img_3イチジク. 4 - 関数として中断のコストその期間 [5].

5. PQ問題の解決策

PQの問題の軽減がさまざまなレベルで行われてもよい: 送信, 流通、最終使用機器. 図に見られるように. 5, いくつかの措置がこれらのレベルで撮影することができます.

電力品質の問題と新しいソリューション_img_4イチジク. 5 - デジタル電源のためのソリューション [7]

6. グリッドの充実

多くのPQの問題は、送信または配布グリッドに起源を持っている. こうして, 適切な送配グリッド, 十分な準備およびメンテナンスに, PQの問題の発生を最小限に抑えるために必須である.

7. 分散リソース - エネルギー貯蔵システム

分散型エネルギー資源の利用に関心 (THE) 高い信頼性を提供するため、その可能性の最後の数年間で大幅に増加している. これらのリソースは、分散型発電とエネルギー貯蔵システムが含まれる.

エネルギー貯蔵システム, また、技術を復元として知られている, 貧しいPQ環境でのライドスルー機能を備えた電気負荷を提供するために使用されている.

電力品質の問題と新しい解決策_img_5イチジク. 6 - 復元技術原理 [1].

パワーエレクトロニクスとストレージ技術における最近の技術的進歩は、PQの問題を緩和するためにプレミアム·ソリューションの復元技術1を回っている.

電力品質の問題と新しい解決策_img_6イチジク. 7 - エネルギー貯蔵システムの作動原理.

PQの分野で用いられる第1のエネルギー貯蔵技術, しかし、ほとんどの今日使用, 電気化学電池です. しかし新技術, このようなフライホイールなど, スーパーキャパシタと磁気エネルギー貯蔵超電導 (SMES) 多くの利点を提示, 電気化学電池はまだ彼らの低価格と成熟した技術による支配.

A. はずみ車

フライホイールは、電気機械装置カップル回転電機である (モータ/ジェネレータ) 短期間のためのエネルギーを保存するための回転質量を持つ. モータ/発電機は、フライホイール回転のローターを維持するために、グリッドによって供給される電力を引き込む. 電源障害時に, ロータに記憶された運動エネルギーは、DC発電機によって電気エネルギーに変換される, エネルギーがインバータ及び制御システムを介して一定の周波数及び電圧で送達される. イチジク. 8 フライホイールのスキームを示している, このシステムの主な利点は、説明されている場合、.

電力品質の問題と新しい解決策_img_7イチジク. 8 - フライホイール [HTTP://www.beaconpower.com]

伝統的なフライホイールローターは通常、鋼で構成されており、毎分千数回転のスピン量に制限されています (RPM). 炭素繊維材料と磁気軸受から構築アドバンスドフライホイールの速度で真空中にスピンアップすることができます 40,000 へ 60,000 RPM. 蓄積されたエネルギーは、慣性モーメント及び回転速度の二乗に比例する. 高速フライホイールは、従来のフライホイールよりもはるかに多くのエネルギーを保存することができます.

フライホイールは、ユーティリティ供給される電力の損失および商用電源の復帰やバックアップ電源システムの起動いずれかとの間の期間中に電力を提供します (すなわち, ディーゼル発電機). フライホイールは、一般的に提供する 1-100 ライドスルー時間を秒, およびバックアップの発電機は、内部にオンラインで入手することができます 5-20 秒.

B. スーパーキャパシタ

スーパーキャパシタ (またウルトラキャパシタとして知られている) 直流エネルギー源であり、静的なパワーコンディショナとの送電網にインターフェースされなければならない, グリッド周波数でのエネルギー出力を提供する. スーパーキャパシタは、短期間の中断や電圧低下時に電源を供給します.

Mサイズスーパーキャパシタ (1 MJoule) 小型電子機器にライドスルー機能を実装するために、市販されている, しかし、大規模なスーパーキャパシタは、まだ開発中です, しかしすぐにエネルギー貯蔵場の生存成分となることができる.

電力品質の問題と新しいソリューション_img_8イチジク. 9 - 電気二重層スーパーキャパシタ [HTTP://www.esmacap.com]

プレート間の距離が非常に小さいため、容量が非常に大きい (数オングストローム), そしてため、導体表面の面積 (活性炭のインスタンスの) 流域 1500-2000 M2/G (16000-21500 FT2/G). こうして, このようなコンデンサによって蓄積されたエネルギーが到達することができる 50-60 J / G [8].

℃. SMES

磁界は超電導線材の閉鎖コイルにDC電流を循環させることにより作成される. コイルを流れる電流の経路は、ソリッドステートスイッチで開くことができ, オンオフ変調される. コイルの高インダクタンスによる, スイッチがオフのとき (オープン), 磁気コイルは、電流源として動作し、いくつかの電圧レベルに充電され、電力変換器に電流を強制的に. 固体スイッチの適切な調節は、インバータの適切な動作範囲内の電圧を保持することができる, AC電力にDC電圧を変換する.

電力品質の問題と新しい解決策_img_9イチジク. 10 - SMES装置 [9].

液体ヘリウムで冷却された低温の中小企業は、市販されている. 液体窒素で冷却された高温の中小企業は、開発段階にとどまっていると、その潜在的なコスト削減に将来的に実行可能な商業エネルギー貯蔵源となる可能性.

SMESシステムは、短い期間のために大規模で一般的に使用されている, そのようなユーティリティ切替イベントなど.

D. ストレージシステムの比較

イチジク. 11 特定の電力および特定のエネルギー的に異なる記憶技術の比較を示す.

電力品質の問題と新しい解決策_img_10イチジク. 11 - ストレージ技術のための具体的な電力に対する特定のエネルギー範囲 [9].

電力品質の問題と新しい解決策_img_11イチジク. 12 - エネルギー蓄積装置の具体的な費用 [10].

高速フライホイールは、中小企業とスーパーキャパシタと同じコストの範囲について約である 5 そのより複雑な設計や、限られた電力定格のために低速のフライホイールよりも倍高価. 電気化学電池は、成熟度の高いシンプルなデザインを持っている. の蓄積時間を以下 25 秒低速フライホイールは、バッテリーよりも費用効果的である.

8. 分散リソース - 分散型発電

分散型発電 (DG) 単位は、重要な負荷にクリーンな電力を供給するために使用することができる, グリッドの原点と乱れからそれらを分離する. DGユニットはまた、持続停止時に重要な負荷へのエネルギー供給を確保するために、バックアップ発電機として使用することができる. またDGユニットは、ピーク需要を減少させる〜すると決意している負荷管理のために使用することができる.

現在のところ, レシプロエンジンは、DGの市場で普及して技術です, しかし、技術の進歩と, 他の技術は、より魅力的になってきている, 例えば、マイクロタービンや燃料電池などの (表III).

表III - DGの技術の進化.

往復エンジン マイクロタービン 燃料電池は、
タイミング •継続 •現在、新興 •200年代の
市場 •スタンバイ/バックアップの利用 •ピークシェービングとPQ •総理電力とPQ
経済学 • 300 A 600 $/キロワット• 33-45% •効率的な <5% 利用• 15-30 セント/ kWhで • 750 $/キロワット• 20-30% •〜20%効率的な利用• 10-15 セント/ kWhで • 1000* A 4000 $/キロワット• 45-60% •効率的な >80% 利用• 5* セント/ kWhで * 予測

DGユニットは、バックアップ世代として使用される場合, 記憶部は、外乱の起源と非常用発電機の起動までの間に負荷にエネルギーを提供するために使用されなければならない.

最も一般的なソリューションは、電気化学電池のUPSとディーゼル発電機を組み合わせたものである. 現在のところ, 単一ユニットのフライホイール、ディーゼル発電機の統合により、一般的なソリューションになってきている, 多くのメーカーが提供する.

電力品質の問題と新しい解決策_img_12イチジク. 13 - 連続的な電力系統のスキーム, フライホイール、ディーゼル発電機を使用して [www.geindustrialsystems.com].

電力品質の問題と新しい解決策_img_13イチジク. 14 - ダイナミックUPS, ハイテック電源保護による, BV. [HTTP://www.hitec-ups.com].

9. 強化されたインターフェイスデバイス

エネルギー貯蔵システムとDG以外にも, PQの問題を解決するために使用することができるいくつかの他の装置.

適切なインタフェース装置を用い, 1グリッドから派生乱れから負荷を分離することができます.

A. ダイナミック電圧レストア

ダイナミック電圧育毛 (DVR) 負荷と直列に接続された電圧源のように機能. 最も一般的なデジタルビデオレコーダーの動作原理は、図1と同様である. 7. DVRの出力電圧は、出力供給トラフ電圧変換器に有効電力および無効電力を注入するために、昇圧変圧器および/または蓄積されたエネルギーを使用して、負荷端における電圧をほぼ一定に保たれる.

B. 過渡電圧サージサプレッサ (TVSS)

過渡電圧サージ抑制器は、電源と負荷の感受性との間のインターフェースとして使用されている, それが負荷に達する前の過渡電圧がTVSSによってクランプされるように. TVSSsは通常、非線形抵抗を持つコンポーネントが含まれている (金属酸化物バリスタやツェナーダイオード) それは、過度の線間電圧を制限し、地面に過剰な衝撃エネルギーを伝導.

℃. 定電圧トランス

定電圧トランス (CVT) 電圧低下と過渡電流の影響を緩和するために使用される第一のPQ溶液の1つであった. 電圧を一定に維持するために、, それらは、通常、回避される二つの原理を使用し: 共鳴とコアの飽和.

電力品質の問題と新しい解決策_img_14イチジク. 15 - 定電圧トランス.

共振が発生した場合, 現在は、トランスの磁気コアの飽和を起こす点まで増加します. 磁気コアが飽和した場合, 次いで、磁束は、ほぼ一定のままとなり、変圧器は、ほぼ一定の電圧出力を生成する.

正しく使用しない場合, CVTはどれが軽減よりも多くのPQ問題を発信します. これは、トランジェントを生成することができます, ハーモニックス (電圧波は、上部と側面にクリップされた) それは非効率的である (約 80% 全負荷時). そのアプリケーションは、他の分野での技術の進歩には珍しくなりつつある.

D. ノイズフィルタ

ノイズフィルタは、不要な高周波電流または電圧信号を回避するために使用される (ノイズ) 敏感な機器に到達する. これは、より高い周波数に基本周波数および高インピーダンスへの低インピーダンス経路を作成し、コン​​デンサおよびインダクタンスの組み合わせを使用することによって達成することができる, すなわち, 低域通過フィルタ. kHzの範囲の周波数を有するノイズがかなりある場合にそれらが使用されるべきである.

それ. アイソレーショントランス

絶縁変圧器は主電源から派生するトランジェントやノイズから敏感な負荷を分離するために使用されている. ある場合には (デルタ-Y接続) 絶縁変圧器は、変圧器の上流なってから負荷によって発生する高調波電流を維持.

絶縁変圧器の特殊性は、一次と二次の間に位置した非磁性箔からなる接地されたシールドである. プライマリとシールドとの間の静電容量を通って地面に上に送信して負荷に到達していないソースからのすべてのノイズや過渡.

イチジク. 16 - 絶縁変圧器.

F. 無効電力補償器

無効電力補償装置 (SVR) すぐに電圧を調整するコンデンサとリアクトルを組み合わせて使用​​する. ソリッドステートスイッチは、電圧が変動するのを防止するために、右の大きさにコンデンサやリアクトルの挿入を制御する. SVRの主な用途は、高電圧·大負荷に起因するちらつきの除去における電圧レギュレーションです (このような誘導炉など).

G. 高調波フィルタ

高調波フィルタは、望ましくない高調波を低減するために使用されている. これらは、2つのグループに分けることができる: 受動フィルタおよびアクティブフィルタ.

電力品質の問題と新しい解決策_img_16イチジク. 17 - 高調波フィルタ [11].

受動フィルタ (イチジク. 17 左) 受動部品を使用して弱毒化される倍音成分の周波数への低インピーダンス経路に存する (インダクタ, コンデンサと抵抗). 並列に接続された複数の受動フィルタは、いくつかの高調波成分を除去する必要があるかもしれない. システムが変化する場合 (高調波成分の変化), 受動フィルタは無効になり、共振を引き起こす可能性.

アクティブ·フィルタ (イチジク. 17 右) 負荷の消費電流を分析し、負荷によって発生する高調波電流をキャンセルする電流を作成する. アクティブ·フィルタは、過去に高価なものでした, しかし、彼らは現在、不明または変更する高調波のために費用対効果の補償になってきている.

10. コー​​ド及び基準を開発

いくつかの対策が、その機器が供給される電力が規格内である場合に、正常に動作しなければならないのユーティリティが消費者に提供しなければならない最低限のPQレベルおよびイミュニティレベルを調整するためにとられている.

この方向での一つの大きな一歩をCBEMAカーブで撮影した (イチジク 18), コンピュータ事務機器工業会が作成した. この規格は、電圧低下にコンピュータ機器の最小耐量を規定, マイクロ中断および過電圧.

電力品質の問題と新しい解決策_img_17イチジク. 18 - CBEMA曲線.

 

イチジク. 19 - ITICカーブ

この曲線, ITICで最近置換が (情報技術産業協議会) カーブ (イチジク. 19), まだPQの分野での参照です. 電圧が斜線区域により決定限度内にある場合, 機器が正常に機能しなければならない. 電圧が許可ゾーン下のゾーンで構成されている場合, 機器が誤作動または停止することがあります. 電圧は、上部禁止区域に含まれるとき, 機器の故障のほかに, 機器の損傷が発生する可能性があります.

他の標準化団体 (IEC, CENELEC, IEEE, 等) 同じ目的を持つ標準のセットを開発してきた. ヨーロッパで, PQで最も関連する規格は、ENです 50160 (CENELECにより、) およびIEC 61000.

表IV – 欧州規格で定義された最も重要なパラメータ 50160:2001.

境界
周波数 の間でなければなりません 49.5 (-1%) と 50.5 (+1%) ヘルツ.
電圧 電圧がの間でなければなりません 90% と 110% 公称電圧の.
電圧不平衡 負のシーケンスは、より高い大きさを想定することはできません 2% 直接シーケンスの.
高調波電圧 THD < 8 % V3 < 5.0% V5 < 6.0% V7 < 5.0%

11. 最終用途のデバイスはあまり敏感にする

外乱に対して感受性が低いことが機器の設計は、通常、PQ問題を防止するための最も費用対効果の尺度である. 最終使用機器のいくつかのメーカーは今、この問題を認識している, しかし、競争の激しい市場では、メーカーはコストを削減し、唯一の顧客の要求に応える必要があることを意味します. 例外は、ASDの市場です, メーカーは積極的に強化されたライドスルー機能を備えた製品を推進していますどこに.

電源装置への大容量のコンデンサを追加する, 大きな中性線のケーブルを使用して, ディレーティング変圧器や調整不足電圧リレー, PQ問題の機器の感度を低減するために製造業者が取ることができる措置がある.

12. 結論

高品質な電力の利用可能性は、現代社会の実行のために重要である. 一部のセクターは、ユーティリティによって供給される電力の質に満足している場合, いくつかの他より厳しいです.

PQの問題に関連する巨額の損失を回避するために、, 最も要求の厳しい消費者が問題を防ぐために行動を取る必要があります. 様々な対策の中, 感度が低い機器の選択が重要な役割を果たすことができる. も、最も堅牢な機器が影響を受ける場合, その後、その他の措置が取られなければならない, このような技術の復元の設置など, 分散型発電又はPQの問題を防止するために、インターフェイス装置.

参照

[1] J. 薄い, 「電気エネルギー分野の電源に総合的品質管理応用」, 博士号の学位のための要件の充足に提出論文. 国際電気工学, コインブラ, 9月 2002.

[2] “2秒問題”, アメリカの超伝導とEPRIリサーチ, 3月 1998.

[3] EPRI電源供給グループ, 」の電力供給の将来 21セント センチュリー ", 1999.

[4] M. ボール, 「電源の品質の問題を理解する - 電圧サグや中断」, パワーエンジニアリングのIEEEプレスシリーズ - ジョン·ワイリー·アンド·サンズ, ピスカタウェイ, 米国 (2000).

[5] M. McGranaghan, 「中断コスト」, 電力品質の手続において 2002 会議, ローズモント, イリノイ州, PP 1-8, 10月 2002..

[6] D. チャップマン, 「悪い電力品質のコスト」, 電力品質アプリケーションガイド - 銅開発協会, 3月 2001.

[7] EPRI, 「デジタル社会のための電力インフラの作成」, UIE-2000会議, リスボン, 13, 11月 2000.

[8] HTTP://www.esma-cap.com

[9] P. ブルック, B. ジョンソン, M. カラス, A. Arsoy, と. リュー, 「高度な電源アプリケーション向けエネルギー貯蔵システム」, IEEE論文集, フライト 89, しない. 12, 12月 2001.

[10] H. Darrelmann, 「オルタナティブ短時間ストレージシステムの比較」, 戦利品, (株), オステロード, ドイツ.

[11] P. Ferracci, 「電力品質」, カイエ·テクニックシュナイダーエレクトリックなし. 199, 9月 2000.

ソース: www.icrepq.com/pdfs/PL4.ALMEIDA.pdf

Web用電力品質のケーススタディを製造するためのガイドライン

ここではあなたのスキルや軽減ソリューションを販売するために役立つ有益な電力品質のケーススタディを生成するために、いくつかのガイドラインがあります. これらのセクションは、カバーされるべきである:

  • はじめに – 問題文と結果
  • 分析 – 問題を分析するための手順は何ですか
  • ソリューション – 何の解決策は、問題を軽減するために選ばれました
  • 結論 – ソリューションがどのように効果的であることを示す 読み続ける