Was sind Zwischenharmonische, was bewirken sie und woher kommen sie?

 

Einführung

 

Der Einsatz moderner Leistungselektronik und Kommunikationssysteme verbessert die Effizienz, Flexibilität und Zuverlässigkeit von Stromsystemen, erhöht jedoch auch die zwischenharmonische Verzerrung. Kenntnisse über zwischenharmonische Schwingungen, ihre Quellen, Auswirkungen, Messung, Grenzen und Minderung helfen der Industrie, negative Auswirkungen zwischenharmonischer Schwingungen auf das Stromsystem zu verhindern.

 

Interharmonische Definitionen

 

Das IEEE definiert Zwischenharmonische wie folgt:

Eine Frequenz, die kein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Stromsystems ist (z. B. 50 Hz oder 60 Hz).

Die IEC definiert Zwischenharmonische wie folgt:

Zwischen den regulären Harmonischen der Netzfrequenz gibt es zusätzliche Frequenzen, die keine ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz sind. Sie können als diskrete Frequenzen oder als Breitbandspektrum auftreten.

 

Tabelle 1 – Harmonische und Interharmonische

Definitionen

 

 

Interharmonische Quellen

 

Zwischenharmonische im Stromnetz werden am häufigsten durch zwei allgemeine Phänomene verursacht. Die erste Ursache sind plötzliche, unregelmäßige Strom- und Spannungsschwankungen. Dies tritt auf, wenn sich die Lasten in einem instabilen Zustand befinden oder wenn Anpassungen an der Spannungs- oder Stromregelung vorgenommen werden.

Die zweite Quelle von Zwischenschwingungen ist das Schalten statischer Umrichter, das nicht mit der Netzfrequenz synchronisiert ist (asynchrones Schalten).

 

Auch Schwingungen zwischen Serien- oder Parallelkondensatoren oder die Sättigung von Transformatoren oder Induktionsmotoren können Zwischenharmonische erzeugen.

· Lichtbogenbelastungen

· Induktionsmotoren

· Elektronische Frequenzumsetzer

· Antriebe mit variabler Last

· Spannungsquellenumsetzer (VSCs)

Eine Folge der verbesserten Kontrolle durch VSCs ist die Entstehung von Zwischenschwingungen.

· Stromleitungskommunikation

· Smart-Meter-Kommunikation

 

Interharmonische Effekte

 

Zwischenharmonische fügen wie Harmonische dem Stromnetz zusätzliche Signale hinzu. Diese zusätzlichen Signale können verschiedene Effekte verursachen, insbesondere wenn sie durch Resonanz verstärkt werden.

 Zwei der häufigsten und bedeutendsten Auswirkungen von Zwischenharmonischen sind Lichtflimmern und Störungen der Stromleitungskommunikation. Beide Auswirkungen entstehen durch nichtperiodische Signale.

· Lichtflimmern

· Störungen der Stromleitungskommunikation

 

Interharmonische Messung und Standards

 

In den USA sind spezifische Grenzwerte für Zwischenharmonische nicht weit verbreitet. Das IEEE hat mehrere Standards für Zwischenharmonische herausgegeben: IEEE 519.1 im Jahr 1992, IEEE 519.2 im Jahr 2001 und IEEE 1453.1 im Jahr 2010. Einige Länder haben den IEC-Standard 61000-4-7 für die Messung zwischenharmonischer Frequenzen übernommen.

 

Messen von Zwischenharmonischen

 

Die Messung zwischenharmonischer Schwingungen ist aufgrund ihrer nichtperiodischen Natur eine Herausforderung. Traditionelle Fourierreihenmethoden können diese unregelmäßigen Signale oft nicht erfassen. Stattdessen haben Experten mehrere alternative Methoden vorgeschlagen, wie etwa die verallgemeinerte Kreuzkorrelationsmethode, die Hilbert-Huang-Transformation und die gefensterte FFT. Jede Methode bietet einen unterschiedlichen Grad an Wirksamkeit.

 

Interharmonische Grenzen

 

There is a general agreement that setting specific interharmonic limits is not practical. The impact of interharmonics can differ greatly based on their frequency, magnitude, and location.

Instead of imposing specific limits, apply existing harmonic distortion limits to the total harmonic and interharmonic distortion (THID). Establish specific interharmonic limits only when they cause particular issues.

 

Approaches to Setting Interharmonic Limits

 

Several approaches exist for determining interharmonic limits:

 

• Problem-Based Limits: Set limits according to the specific issues caused by interharmonics.
• Cumulative Effect Limits: Use limits based on the overall impact of interharmonics on the power system, similar to harmonic limits but covering a broader frequency range.
• Source-Based Limits: Establish limits based on the source of interharmonics, such as voltage source converters or arc furnaces. Each approach has its pros and cons, and the best method depends on the specific situation.
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Mitigating Interharmonics

 

Dealing with interharmonics is complex due to their non-periodic nature and diverse frequency range. Various methods can be used for mitigation:

• Passive Filters
• Active Filters: These filters adjust to changes in frequency and size, making them effective against a wide range of interharmonics.
• Voltage Source Converters
• Load Management
• Communication Systems

 

Summary

Interharmonics pose a growing concern for the power industry due to the increasing use of power electronics and communication systems. Understanding their sources, effects, measurement, limits, and mitigation is crucial for preventing adverse impacts on power systems. Despite the challenges in measuring and mitigating interharmonics, several effective approaches exist, tailored to specific circumstances.

 

One of the most effective solutions for interharmonic mitigation is the use of Active Power Filters (APFs). APFs are advanced devices designed to flexibly filter out unwanted frequency components, including interharmonics, from the power system. They provide significant advantages over passive filters, which can only target specific frequencies and might not effectively address a wide range of interharmonics.

 

 

Principle and Function of APF in Interharmonic Mitigation

Active Power Filters (APFs) work by injecting corrective currents into the power system to eliminate unwanted harmonics and interharmonics. They use advanced power electronics and real-time digital controls. The main parts of an APF are power converters (often IGBTs) and a control system that detects distortions in the power system.

Key Functions of APFs:

• Real-time Detection and Compensation: APFs use sensors and real-time digital processing to monitor the power system. When they detect interharmonics, they generate a compensating current to counteract these disturbances.
• Adaptive Filterung : Im Gegensatz zu passiven Filtern passen APFs ihre Filterung an sich ändernde Bedingungen im Stromnetz an. Dank dieser Flexibilität können sie einen breiten Bereich zwischenharmonischer Frequenzen effektiv abdecken.
• Reduzierung von Resonanzrisiken : APFs helfen, Resonanzen zu vermeiden, die auftreten, wenn interharmonische Frequenzen mit den Eigenfrequenzen der Systemkomponenten übereinstimmen. Durch die Auslöschung dieser Frequenzen verhindern APFs den Anstieg interharmonischer Pegel.
• Verbesserung der Stromqualität : APFs verbessern die allgemeine Stromqualität durch Reduzierung der Zwischenharmonischen. Dies führt zu weniger Geräteproblemen, weniger Störungen der Kommunikationssysteme und einem stabileren und zuverlässigeren Stromnetz.

 

Verbesserte Systemleistung: APFs tragen zur Reduzierung der Energieverluste bei, die durch Zwischenharmonische verursacht werden. Dies führt zu niedrigeren Betriebskosten und einer verbesserten Effizienz des Stromsystems.

 

 

Anwendungen von APFs

 

APFs werden häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter:

 

Industrielle Umgebungen: Zur Minderung von Zwischenschwingungen, die durch Frequenzumrichter, Lichtbogenöfen usw. verursacht werden.

Gewerbegebäude: Zur Gewährleistung einer stabilen und sauberen Stromversorgung für empfindliche elektronische Geräte und Kommunikationssysteme.

Systeme für erneuerbare Energien: Zur Handhabung der Zwischenschwingungen, die von erneuerbaren Energiequellen wie Windturbinen und Solarwechselrichtern erzeugt werden.

HVDC- und STATCOM-Systeme: Zur Bewältigung der Zwischenharmonischen in Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HVDC) und STATCOMs.

 

Aktive Leistungsfilter (APFs) sind für die Verwaltung von Zwischenharmonischen in heutigen Stromversorgungssystemen unverzichtbar. Sie erkennen und korrigieren effizient eine breite Palette von Zwischenharmonischenfrequenzen und passen sich an Änderungen im Stromversorgungssystem an. APFs verbessern die Stromqualität und sind daher für zuverlässige und effiziente Stromversorgungssysteme unverzichtbar. APFs verwenden fortschrittliche Technologie und Echtzeitsteuerung, um Zwischenharmonische zu beheben und eine stabile und qualitativ hochwertige Stromversorgung für verschiedene Anwendungen sicherzustellen.

Für eine maßgeschneiderte Lösung für Ihre Anforderungen an die Stromqualität laden wir Sie ein, sich von unseren Experten beraten zu lassen. Kontaktieren Sie uns noch heute, um zu erfahren, wie unsere fortschrittlichen APFs die Leistung und Zuverlässigkeit Ihres Stromsystems optimieren können.

Bitte kontaktieren Sie uns: sales@yt-electric.com