産業施設における高調波軽減

産業施設には、可変速駆動装置、整流器、インバータ、誘導性加熱システムなどの多くの非線形デバイスが含まれていることがよくあります。これらのデバイスは高調波電流を発生させ、繊細な機器の誤動作、トランスやケーブルの過熱、通信線への干渉など多くの問題を引き起こす可能性があります。

産業施設における調和緩和の代表的なケーススタディは、高調波源の特定、高調波レベルの定量化、適切な高調波軽減技術の適用を含みます。軽減戦略は、通常、力率補正装置の使用と負荷の適切な配置を組み合わせたパッシブおよびアクティブフィルタリング技術の組み合わせからなります。

一つの具体的な例としては、自動車製造工場で、組立ラインで多数の可変速駆動 (VSD) が使用されていることがあります。VSDは非線形負荷であり、電力システムにかなりの高調波電流を注入します。当初、高調波歪みは重要な機器の頻繁なトリップを引き起こし、生産損失をもたらしていました。調査の結果、全高調波歪み (THD) がIEEE519規格で定義された許容限界を超えていることが判明しました。

高調波を軽減するために、単一同調パッシブフィルタとシャントアクティブフィルタの組み合わせが採用されました。パッシブフィルタはVSDによって生成される最も支配的な高調波をターゲットにするように設計されています。対照的に、アクティブフィルタは残りの高調波次数と動的高調波変化を処理します。さらに、負荷は電力システム全体にわたって高調波源を均等に分配するように再配置され、全体的な高調波歪みを減らすのに役立ちます。

緩和後、THDは許容制限内であることが判明し、機器のトリップの事例は大幅に減少しました。このケーススタディは、産業施設の信頼性の高い運転を確保するために、徹底的な調和研究と十分に計画された軽減戦略の重要性を明確に示します。

再生可能エネルギー統合における高調波問題

風力、太陽光、水力などの再生可能エネルギー源への移行は、エネルギー生産の持続可能性を達成する上で重要な道しるべです。しかし、これらのエネルギー源のグリッドへの統合が進むにつれて、電力品質、特に高調波歪みの管理の複雑さが増しています。

ほとんどの再生可能エネルギーシステムは、グリッド統合のためにDC電力をAC電力に変換するインバータのようなパワーエレクトロニクスデバイスを含みます。効率的で柔軟ですが、これらのデバイスは本質的に非線形であり、電力システムにおける高調波の生成に寄与します。

再生可能エネルギー統合に関連する高調波問題の注目すべきケーススタディは、太陽光発電 (PV) システムで見られます。これらのシステムでは、太陽光パネルのDC出力をAC電源に変換するためにインバータを広く使用しており、これをグリッドに供給したり、現地で使用したりすることができます。これらのインバータ内のスイッチング動作、特にパルス幅変調 (PWM) 設計では、高調波の生成につながります。

ある太陽光発電では、高レベルの高調波歪みが高調波の過熱、コンデンサの早期故障、保護デバイスの誤動作などの問題を引き起こしていました。調査の結果、PVインバータで発生する高調波の主な原因が明らかになりました。全高調波歪み (THD) レベルがIEEE519およびIEC61000規格で設定された限界を超えました。

高調波歪みを管理するために、包括的な高調波軽減戦略が実装されました。これには、インバータによって生成される高調波電流を動的に補償するために、太陽光発電所内の臨界点にアクティブフィルタを配置することが含まれていました。アクティブフィルタは、太陽光の変化による太陽光発電システムの代表的な特性である負荷条件の急激な変化に適応できる能力により選択されました。

さらに、インバータの設計を向上するためのステップが取られました。これには高調波発生を最小限に抑える高度なPWM技術の使用や、内蔵の高調波フィルタリング機構を組み込むことが含まれていました。

これらの措置の結果、太陽光発電所はその高調波レベルを大幅に削減し、電力品質基準に準拠することができました。このケーススタディは、再生可能エネルギーシステムが電力グリッドにうまく統合されることを確実にするために、慎重な高調波管理が必要であることを明確に示します。

配電ネットワークにおける電力品質の向上

現代の電力システムでは、配電ネットワークの電力品質は電力会社と消費者に直接影響を与えるため、集中的な研究の対象となっています。電力品質は信頼性と運用効率を高め、機器の寿命を延ばすことができます。

いくつかの電力品質の問題に直面している地域の配電ネットワークを含むケーススタディについて考えます。これらの問題には、電圧のディップとスウェル、過渡的な過電圧、高調波歪みが含まれます。これらの問題は、繊細な電子機器の誤動作、サーキットブレーカの予期せぬトリップ、ネットワーク内の電気機器の急速な老朽化を引き起こしました。

電力品質を向上するための最初のステップは、これらの障害を引き起こす源を特定して分離することでした。包括的なデータを収集するために、高度なモニタリング装置と電力品質分析装置がネットワーク全体に配備されました。これらの問題の主な原因は、アーク炉、整流器、可変周波数ドライブなどのかなりの非線形特性を持つ産業負荷であることがわかりました。

ネットワーク事業者は電力品質を改善するための3つの戦略を進めました。最初に、非線形負荷によって生成される高調波を処理するために、パッシブフィルタとアクティブフィルタの組み合わせが展開されました。パッシブフィルタは大きく一貫した高調波源に設置され、アクティブフィルタはその適応性のため様々な負荷に使用されました。

2番目に、ネットワークは電圧調整での電圧変動に迅速に対応するために、自動制御を備えた高度なタップ変更トランスを導入しました。これにより、電圧ディップおよびスウェルの発生率が大幅に減少しました。

3番目に、機器を過渡的な過電圧から保護するために、サージアレスタがネットワーク全体に設置されました。

これらのハードウェアベースの戦略に加えて、新しいソフトウェアベースのデマンドレスポンス管理システムが実装されました。このシステムは、特にピーク負荷時に、負荷管理をより良く制御し、ネットワークの過負荷とそれに伴う電力品質の問題を防止します。

これらの介入により、ネットワークの電力品質は大幅に向上し、顧客からの苦情を減少させ、機器の故障の減らし、運用効率の向上につながりました。このケーススタディは、配電ネットワークの電力品質を向上させる際に、モニタリング、ハードウェア介入、スマートグリッドテクノロジーを含む多面的なアプローチの必要性を示しています。