Active Harmonic Filter AHF und Active Power Filter (APF)

Was ist der Unterschied zwischen Active Harmonic Filter und Active Power Filter?

Das Prinzip eines aktiven harmonischen Filters AHF besteht darin, harmonische Verzerrungen in elektrischen Energiesystemen zu mildern oder zu beseitigen. Oberschwingungen sind unerwünschte Ströme oder Spannungen, die von der Grundfrequenz des Stromnetzes abweichen. Diese Oberwellen werden typischerweise durch nichtlineare Lasten wie Frequenzumrichter, Computer, Gleichrichter und andere elektronische Geräte erzeugt.

Das Prinzip des aktiven Leistungsfilters APF beinhaltet den Einsatz von Leistungselektronik und Steuerungstechniken, um Netzqualitätsprobleme, vor allem Oberschwingungen und Blindleistung, in elektrischen Energiesystemen aktiv zu kompensieren. Ein APF soll Oberwellen abschwächen und den Leistungsfaktor in einem System korrigieren, um die Gesamtstromqualität zu verbessern.

Das Hauptprinzip eines APF besteht darin, eine Stromwellenform zu erzeugen, die die unerwünschten Oberschwingungsströme oder Blindströme im System aufhebt. Dies wird erreicht, indem die problematischen Ströme oder Spannungsoberschwingungen gemessen und eine entgegengesetzte Stromwellenform in das System eingespeist werden. Die eingespeiste Stromwellenform wird präzise gesteuert, um sicherzustellen, dass die resultierende Stromwellenform möglichst sinusförmig ist.

Ein Active Harmonic Filter AHF und ein Active Power Filter APF werden beide zur Minderung von Problemen mit der Stromqualität eingesetzt, dienen jedoch unterschiedlichen Zwecken.

1. Aktiver harmonischer Filter AHF: Ein AHF dient in erster Linie dazu, harmonische Verzerrungen in elektrischen Systemen zu mildern. Oberschwingungen sind unerwünschte Ströme oder Spannungen, die ein Vielfaches der Grundfrequenz in einem elektrischen System betragen . Oberwellen können verschiedene Probleme verursachen, wie z. B. erhöhte Erwärmung, Gerätefehlfunktionen, verzerrte Wellenformen und eine verringerte Effizienz des Stromversorgungssystems. AHFs überwachen aktiv die im System vorhandenen Oberschwingungen und erzeugen entgegenwirkende Oberschwingungsströme, um die harmonische Verzerrung auszugleichen. Sie werden typischerweise installiert, um Oberschwingungen zu kompensieren, die von nichtlinearen Lasten wie Frequenzumrichtern, Schaltnetzteilen, Gleichrichtern und anderen elektronischen Geräten erzeugt werden.
2. Aktiver Leistungsfilter APF : Ein APF ist so konzipiert, dass er Blindleistung, Leistungsfaktor und Spannungsschwankungen kompensiert und Oberschwingungen abschwächt. Blindleistung ist die Leistung, die zwischen dem Stromnetz und induktiven oder kapazitiven Lasten hin und her fließt und dabei zusätzliche Energie aus dem Netz verbraucht. Der Leistungsfaktor ist ein Maß dafür, wie effektiv elektrische Energie von einer Last genutzt wird. Ein niedriger Leistungsfaktor führt zu einem erhöhten Energieverbrauch, Strafen seitens der Energieversorger und einer ineffizienten Nutzung der elektrischen Infrastruktur. APFs regulieren aktiv den Leistungsfaktor, kompensieren Blindleistung und bewältigen Spannungsschwankungen, indem sie entsprechende Ausgleichsströme in das System einspeisen. Sie werden häufig in industriellen und kommerziellen Anwendungen eingesetzt, um den Leistungsfaktor zu verbessern, Energiekosten zu senken und die Gesamtleistung des Stromversorgungssystems zu verbessern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl AHFs als auch APFs zur Verbesserung der Stromqualität verwendet werden, AHFs sich jedoch hauptsächlich mit harmonischen Verzerrungen befassen, während APFs mehrere Probleme angehen, darunter harmonische Verzerrungen, Blindleistung, Leistungsfaktor und Spannungsschwankungen. Die Wahl zwischen beiden hängt von den spezifischen Problemen der Stromqualität im System und den Anforderungen der Anwendung ab.

Welche Standorte benötigen AHF oder APF?

AHF und APF sind im Allgemeinen an Standorten von Vorteil, an denen im elektrischen System (Netzwerk) starke harmonische Verzerrungen (hoher THDi) auftreten. Hier sind einige Beispiele für Standorte, die von der Installation von AHF oder APF profitieren könnten :

1. Industrieanlagen: Industrieanlagen, die leistungselektronische Geräte wie Frequenzumrichter (VFDs), Gleichrichter und Lichtbogenöfen verwenden, neigen dazu, erhebliche Oberschwingungen zu erzeugen. Diese Oberwellen können Spannungsverzerrungen, Gerätestörungen und erhöhte Energieverluste verursachen. AHF/APF kann dazu beitragen, diese Probleme zu mildern und den ordnungsgemäßen Betrieb empfindlicher Geräte sicherzustellen.
2. Gewerbegebäude: Große Gewerbegebäude, darunter Einkaufszentren, Bürokomplexe und Rechenzentren, verfügen häufig über zahlreiche nichtlineare Lasten wie Computer, Server, Beleuchtungssysteme und HVAC-Einheiten. Diese Lasten können Oberschwingungen in das elektrische System einbringen, was zu einer verminderten Stromqualität, einer Überhitzung der Geräte und Fehlfunktionen empfindlicher Elektronik führt. Aktive Filter APF/AHF können dazu beitragen, eine saubere Stromversorgung aufrechtzuerhalten und Störungen zu verhindern.
3. Projekte für erneuerbare Energien: Projekte für erneuerbare Energien wie Solaranlagen (PV) und Windparks werden über leistungselektronische Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen. Diese Wechselrichter können durch ihre Schaltvorgänge Oberschwingungen in das Netz einspeisen. AHF/APF-Filter können verwendet werden, um diese Oberwellen zu mildern und die Einhaltung von Stromqualitätsstandards sicherzustellen.
4. Krankenhäuser und Gesundheitseinrichtungen: Krankenhäuser und Gesundheitseinrichtungen verfügen oft über hochentwickelte medizinische Geräte, die empfindlich auf Probleme mit der Stromqualität reagieren. Harmonische Verzerrungen können die Genauigkeit und Leistung medizinischer Geräte beeinträchtigen und zu potenziellen Fehlern bei Diagnosen und Behandlungen führen. Aktive Filter können dazu beitragen, eine stabile Stromversorgung aufrechtzuerhalten und wichtige Gesundheitsgeräte zu schützen.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Bedarf an aktiven Filtern von den spezifischen Eigenschaften des elektrischen Systems und der Schwere der harmonischen Verzerrung abhängt. Um die am besten geeignete Lösung für einen bestimmten Standort zu ermitteln, wäre eine detaillierte Analyse der Stromqualität durch einen qualifizierten Ingenieur erforderlich.