Klasifikácia a princípy APF (aktívny výkonový filter)

V oblasti riadenia kvality energie je APF (aktívny výkonový filter) základným zariadením na riešenie harmonického znečistenia. Niektorí používatelia však toto zariadenie práve začali používať a nie sú oboznámení s jeho fungovaním. Preto sú dnes výrobcovia filtra APF, aby vysvetlili klasifikáciu a princípy filtrov APF všetkým.

I. Klasifikačný systém topologických štruktúr

1. APF je klasifikovaný topológiou do paralelného typu, typu série a hybridného typu. Paralelný typ môže priamo kompenzovať harmonický prúd zaťaženia a v harmonickom zmierňovaní typu aktuálneho zdroja predstavuje viac ako 75%.

2. Typ série eliminuje harmonické napätie vstreknutím kompenzačného napätia a je vhodné pre aplikácie citlivé na napätie.

3. Hybridný typ kombinuje výhody oboch, čo umožňuje súčasné riadenie problémov napätia a súčasnej kvality. Jeho pokročilá verzia, Unified Power Quality Controller (UPQC), má vysoký stupeň integrácie, ale náklady sa zvyšujú o 30 - 40%.

II. Analýza typov architektúry obvodu

Z pohľadu architektúry obvodu možno APFS klasifikovať hlavne do dvojúrovňových a viacúrovňových typov.

Dvojúrovňový APF má jednoduchú štruktúru a nízke náklady, ale má vysoké straty prepínania a účinnosť 92 - 95%.

2. Viacúrovňové štruktúry (trojúrovňové a vyššie) majú zvýšenie nákladov približne o 25%, ale majú výhody nízkeho obsahu harmonických (Thd <3%) a nízku stratu prepínania (účinnosť väčšia ako alebo rovná 97%). Modulárny viacúrovňový APF (MMC - APF) je vhodný pre scenáre stredného a vysokého napätia. Každý výkonový modul má napätie 1 - 2 kv a môže byť kaskádovaný pre vyššie napätie.

III. Analýza základnej práce

APF pracuje na základe okamžitej teórie reaktívneho výkonu. Používa vysokorýchlostný DSP na detekciu harmonických komponentov zaťažovacieho prúdu (vzorkovacia rýchlosť väčšia alebo rovná 128 bodom na cyklus) a riadi menič IGBT, aby sa generovali kompenzačné prúdy s rovnakými amplitúdami a opačnými fázami. Medzi kľúčové technológie patria algoritmy harmonickej detekcie (ako je IP-IQ, transformácia DQ), kontrola prúdenia prúdu (prediktívny prúd alebo kontrola hysterézie) a stratégie modulácie PWM. Vysoko výkonný APF má čas odozvy menší alebo rovný 5 ms a miera harmonického filtrovania je 95 - 98%.