Mit der zunehmenden Verwendung nichtlinearer Lasten wie Frequenzumrichtern, Gleichrichtern und anderen leistungselektronischen Geräten sind Oberschwingungen im Stromnetz zu einem häufigen Problem in Niederspannungssystemen geworden. Aktive Niederspannungsfilter (APFs) spielen eine Schlüsselrolle bei der Erkennung und Minderung harmonischer Verzerrungen zur Verbesserung der Stromqualität. So funktionieren APFs, um Oberschwingungen aktiv und in Echtzeit zu kompensieren.

1. Harmonische Erkennung und Quellenidentifizierung

Der erste Schritt zur harmonischen Kompensation besteht darin, Erkennen des Vorhandenseins und der Eigenschaften von Oberschwingungsströmen im Netz. Diese Oberschwingungen werden typischerweise durch nichtlineare Lasten erzeugt, wie zum Beispiel:

Wechselrichter

Gleichrichter

Schaltnetzteile

Andere leistungselektronische Geräte

APFs überwachen kontinuierlich Spannungs- und Stromwellenformen. Durch den Einsatz fortschrittlicher Signalverarbeitungsalgorithmen – wie beispielsweise Theorie der Momentanleistung (pq-Theorie) , Schnelle Fourier-Transformation (FFT) , oder adaptive Filterung – der Filter kann harmonische Komponenten präzise aus den Leistungssignalen extrahieren.

2. Berechnung des erforderlichen Kompensationsstroms

Sobald die harmonischen Komponenten identifiziert sind, ermittelt der APF, wie viel Kompensationsstrom benötigt wird, um die Wellenformreinheit wiederherzustellen. Ziel ist es, die verzerrte Stromwellenform in eine ideale Form umzuformen. reine Sinuswelle , daher Reduzierung der gesamten harmonischen Verzerrung (THD) und Verbesserung der Stromqualität.

Der Kompensationsstrom besteht typischerweise aus zwei Komponenten:

Oberschwingungsstromkompensation : Zielt auf bestimmte harmonische Frequenzen im Netz ab

Blindleistungskompensation : Kompensiert Blindströme, die durch induktive oder kapazitive Lasten verursacht werden, und verbessert so die Leistungsfaktor der Einheit nahe

3. Erzeugung des Kompensationsstroms

Der APF verwendet seinen internen Wechselrichter – typischerweise basierend auf IGBTs oder MOSFETs – um eine Ausgleichsstrom das heißt Gleicher Betrag, aber entgegengesetzte Phase zum erkannten Oberschwingungsstrom.

Durch die Einspeisung dieses Rückstroms in das Stromnetz kann der APF effektiv hebt die harmonischen Ströme auf durch die ursprünglichen Lasten verursacht. Dadurch wird der Gesamtstrom, der aus der Stromquelle entnommen wird, sauberer und nähert sich einer Sinuswelle an.

4. Kontrollstrategie und Feedback-Mechanismus

Um eine hohe Genauigkeit und Echtzeit-Reaktionsfähigkeit zu gewährleisten, sind APFs ausgestattet mit geschlossene Regelkreise Diese Systeme vergleichen ständig den tatsächlichen Netzstrom mit der idealen Wellenform und passen die Wechselrichterleistung dynamisch an.

Zu den gängigen Kontrollmethoden gehören:

Theorie der Momentanleistung (pq-Theorie) : Zerlegt den Leistungsfluss in Wirk-, Blind- und Oberschwingungsanteile, um Kompensationssignale zu berechnen

Schnelle Fourier-Transformation (FFT) : Bietet eine Frequenzbereichsanalyse zur Isolierung bestimmter harmonischer Ordnungen

Stromrückkopplungssteuerung : Passt die Kompensation kontinuierlich an Last- oder Netzschwankungen an

5. Dynamische Reaktion auf Netzänderungen

Da die harmonischen Pegel mit der Zeit und den Lastbedingungen variieren können, muss ein guter APF adaptive Kompensation in Echtzeit Moderne APFs können:

Passen Sie sich an unterschiedliche harmonische Amplituden und Frequenzen

Reagieren Sie schnell auf plötzliche Lastwechsel

Automatische Neukalibrierung der Kompensationsparameter

Dadurch wird sichergestellt, dass das System sorgt für stabile Spannungs- und Stromwellenformen unter dynamischen Betriebsbedingungen.