Resumé: Med den udbredte brug af elektroniske apparater stiger ikke-lineære belastninger, hvilket resulterer i, at den harmoniske forurening i virksomheders elnet bliver mere og mere alvorlig. På grund af de negative virkninger af harmoniske svingninger forringes elektricitetens kvalitet, de yderligere tab stiger, og elnettets pålidelighed reduceres, hvilket påvirker den normale drift af virksomheders strømforsyning og forbrugsudstyr, og endda beskadiger udstyr, hvilket forårsager elektriske fejl. Baseret på kravene og den nuværende situation inden for elsikkerhed analyserer denne artikel funktionerne og virkningerne af aktive filterenheder i biofarmaceutiske sikkerhedsstrømforsyningssystemer.
Nøgleord: harmonisk, effektkvalitet, aktivt filter
1. Introduktion
I dag anvendes en række forskellige elektroniske effektapparater i vid udstrækning i medicinalvirksomheder, hvor ensrettere tegner sig for en stor andel. Jævnstrømsforsyningen, der kræves af inverteren og DC-chopperen osv., kommer hovedsageligt fra ensretterkredsløbet. Det fasestyrede thyristor-ensretterkredsløb eller diode-ensretterkredsløbet er den væsentligste kilde til harmoniske strømforsyninger. Selvom den enkelte kapacitet i elektrisk udstyr er lille, er antallet enormt, og de fleste af dem indeholder switching-strømforsyninger. Forskellige typer switching-strømforsyninger og frekvensomformere anvendes mere og mere sammen med de harmoniske strømforsyninger, der genereres af lysstofrør, så den harmoniske forurening af strømforsyningen bliver mere og mere fremtrædende. Netharmoniske strømforsyninger forvrænger spændings- og strømbølgeformen, hvilket fører til mange unormale fænomener og fejl i virksomhedens elsystem og elektriske udstyr. Effektiv forebyggelse af harmoniske strømforurening er blevet en vigtig del af sikker drift af virksomhedens elsystem. Det aktive filter opsamler den harmoniske strøm gennem CT, beregner og udtrækker hurtigt indholdet af hver harmonisk af CPU'en og sender instruktioner ud for at få strømforsyningen til at producere kompensationsstrømmen med samme amplitude og modsat retning i forhold til den harmoniske strøm, og injicerer den i elnettet for at udligne den harmoniske strøm i systemet.
2. Nøglefunktioner ved strømkvalitet i den biofarmaceutiske industri
2.1 Den biofarmaceutiske industri oplever klyngeudvikling. Udvikling af industrielle klynger er en uundgåelig tendens i fremtiden. Biofarmaceutiske produkter er en kombination af processer, der kræver forbindelse til forskellige led, så styring af strømkvaliteten er særlig vigtig. Når udstyr eller strømforsyningssystem svigter, fører det til et lineært fald i økonomiske fordele.
2.2 Hovedbelastningerne er pumper og motorer, der drives af frekvensomformere. Den primære kilde til harmoniske svingninger er frekvensomformeren med et stort indhold af harmoniske svingninger, hvilket kræver en separat konfiguration af APF til styring af harmoniske svingninger.
3. Harmoniske kilder i biofarmaceutiske strømforsynings- og distributionssystemer
Med den hurtige udvikling af medicinalindustrien er der opstået behov for meget avanceret udstyr i medicinalindustrien. Der findes et stort antal pumper og motorer, og mange er udstyret med frekvensomformere. Det store antal anvendelser af frekvensomformere øger det harmoniske indhold i strømfordelingssystemet betydeligt.
I øjeblikket bruger de fleste frekvensomformere 6-puls ensretning til at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm, så de harmoniske er primært den 5., 7. og 11. harmoniske. Samtidig er der normalt laboratorier og automatiske produktionslinjer i farmaceutiske virksomheder med et stort antal præcisionsenheder, som i mange tilfælde både er generatorer og ofre for harmoniske. Harmoniske vil påvirke udstyrets normale arbejde i laboratoriet og gøre igangværende eksperimenter tabte; harmoniske vil også påvirke de intelligente controllere og PLC-systemer i automatiserede produktionslinjer og forårsage fejl i det automatiske styreudstyr. Derfor har de harmoniske problemer i farmaceutiske virksomheder vidtrækkende konsekvenser og alvorlig skade, som skal håndteres omgående.
3.1 Forskningsstationer og laboratorier
I laboratorier kræver et stort antal følsomt udstyr et rent netmiljø for at sikre systemets normale drift, såsom højteknologiske instrumenter, præcisionsinstrumenter og måleudstyr, switching-strømforsyninger, ensrettere, UPS/EPS osv., som også er kilder til større harmoniske oversvingninger. Laboratorier og andre steder, hvor der er et stort antal switching-strømforsyningsbelastninger, vil producere betydelige 3., 5. og 7. harmoniske oversvingninger, hvor vi bør være særligt opmærksomme på effekten af 3. harmoniske strøm på neutralledningen.
3.2 Automatiske produktionslinjer
Fermentering er en vigtig del af produktionen af API, som fremstilles af fermentoren. Med den kontinuerlige udvidelse af produktoutputtet, opdatering af nye processer og udvidelse af nye sorter, er der forskellige krav til styringen af fermentoren, omrøringsfrekvens og justering af tidsperioder. I situationer med tung belastning, stort strømforbrug og lang fermenteringscyklus har fermenteringsvirksomheder i de senere år også taget en række metoder til at udføre udstyrsrenovering. Frekvensstyring kan både opfylde kravene til produktionsprocessen og reducere forbruget. Men med den kontinuerlige forbedring af automatiseringen bliver strømforureningen fra automatiseringsudstyr også værre og værre. Den tilsvarende interferens med det automatiske styresystem bliver også stærkere og stærkere. Kravene til filtrering og rensning af strømforsyningen for at opnå en relativt stabil og grøn strømforsyning bliver også højere og højere.
4. Praktisk tilfælde
Tag et biofarmaceutisk strømkvalitetsstyringsprojekt i Shandong-provinsen som eksempel. Ifølge feedback fra den ansvarlige for anlægget forekommer der hyppige udløsningsfænomener i anlæggets kontorbygning, og reaktoren i kondensatorskabet i produktionsværkstedet ser ud til at være brændt, og N-lederkablet er overophedet. Hovedårsagen forventes at være, at der er mange belastninger af inverter-klimaanlæg, computer- og kommunikationsudstyr, LED-belysning, pumper og andet i kontorbygningen og produktionsværkstedet, hvilket vil generere harmoniske svingninger og påvirke hele strømforsynings- og distributionssystemet. Nu er det nødvendigt at måle distributionsrummene i kontorbygningen og produktionsværkstedet og give den passende løsning i henhold til de tilsvarende strømkvalitetsdata.
4.1 Harmoniske måledata i fordelingsrummet i den omfattende kontorbygning
| Harmoniske måledata i fordelingsrummet i den omfattende kontorbygning | ||||||
| strøm | nuværende forvrængningshastighed | harmonisk indhold | 3. harmoniske | 5. harmoniske | 7. harmoniske | |
| A | 346A | 22,3% | 77,16A | 29,4A | 58,9A | 35,9A |
| B | 323A | 20,8% | 67,18A | 16,4A | 55,7A | 29,4A |
| C | 320A | 22,6% | 72,32A | 21,7A | 57,1A | 35,2A |
4.2 Harmoniske måledata i produktionsværkstedets fordelingsrum
| Harmoniske måledata i distributionsrummet i produktionsværkstedet | ||||||
| strøm | nuværende forvrængningshastighed | harmonisk indhold | 3. harmoniske | 5. harmoniske | 7. harmoniske | |
| A | 152,71 | 88,03% | 134 | 78,1 | 52,85 | 32,54 |
| B | 130,14 | 81,9% | 106 | 63,56 | 42,39 | 27,81 |
| C | 155,84 | 83,54% | 130 | 78,56 | 51,99 | 30,52 |
| N | 220,74 | 223,1 | ||||
Ud fra ovenstående to sæt måledata kan det konkluderes, at de harmoniske svingninger i den omfattende kontorbygning primært er 5. og 7. harmoniske, og at strømforvrængningsraten er op til 22 %. De 5. og 7. harmoniske svingninger kan styres centralt i fordelingsrummet for at eliminere den harmoniske påvirkning af hele strømforsynings- og distributionssystemet, transformere, kondensatorskabe og andet elektrisk udstyr for at sikre normal produktion af biofarmaceutiske produkter. De harmoniske svingninger i produktionsværkstedets fordelingsrum er mere alvorlige, hvor de 3. og 5. harmoniske svingninger har overskredet den nationale GB/T14549-1993 "harmoniske svingninger i det offentlige forsyningsnet" 0,38 KV systemstandard for harmoniske strømværdier. Kondensatorskabe på stedet er serieforbundet med 7 % reaktans. De 3. og 5. harmoniske svingninger flyder ind i kondensatorskabet, og den harmoniske strøm overlejres kondensatorens grundstrøm, hvilket gør kondensatorens driftsstrøm større, og temperaturen stiger, hvilket fører til overophedning og reducerer kondensatorens levetid eller forårsager, at kondensatoren beskadiges.
Til at løse disse problemer kan bruges aktive filterenheder, der anvender DSP+FPGA fuldt digital styringsmetode og er parallelforbundet i systemet. De kan fuldt ud kompensere for den 2. til 51. harmoniske eller kompensere for specifikke harmoniske, eliminere harmoniske i systemet for at forhindre skader på N-linjen og beskytte kredsløbene mod brand.
5. Konklusion
Med introduktionen og uddybningen af moderne produktionsprocesser, strømforsyningsudstyr og andre avancerede videnskabelige midler opstår et stort antal ikke-lineære strømelektroniske apparater, hvilket forbedrer kvaliteten af biofarmaceutiske produkter, men som også har en alvorlig indvirkning på strømkvaliteten i hele anlæggets strømforsynings- og distributionssystem, især i de videnskabelige forskningslaboratorier, hvor belastningerne er forskellige, og genereringen og ændringerne af harmoniske transformationer har stor tilfældighed og kompleksitet. Ved at studere strømkvaliteten i forsynings- og distributionssystemet i biofarmaceutiske bygninger og foreslå en rimelig løsning i forbindelse med systemplatformen kan strømforsyningskvaliteten i biofarmaceutiske produkter forbedres, ligesom den sikre og økonomiske drift af nettet og energiforbruget kan reduceres.
Referencer:
[1] Acrel Enterprise Microgrid Design and Application Manual. Version 2022.05
Udsendelsestidspunkt: 2. maj 2025