Samenvatting: Met het wijdverbreide gebruik van elektronische apparaten nemen niet-lineaire belastingen toe, wat resulteert in een steeds ernstiger wordende harmonische vervuiling in bedrijfsstroomnetten. Door de nadelige effecten van harmonischen verslechtert de elektriciteitskwaliteit, nemen de extra verliezen toe en neemt de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet af. Dit heeft gevolgen voor de normale werking van bedrijfsstroomtoevoer- en verbruiksapparatuur en kan zelfs leiden tot schade aan apparatuur, wat elektrische storingen kan veroorzaken. Gebaseerd op de eisen en huidige situaties op het gebied van elektriciteitsveiligheid, analyseert dit artikel de functies en effecten van actieve filters in biofarmaceutische veiligheidsvoedingssystemen.
Trefwoorden: harmonische, netkwaliteit, actief filter
1. Inleiding
Tegenwoordig worden diverse vermogenselektronica op grote schaal toegepast in farmaceutische bedrijven, waar gelijkrichters een groot deel uitmaken van de stroomvoorziening. De gelijkstroomvoeding die nodig is voor de omvormer, DC-chopper, enz., komt voornamelijk uit het gelijkrichtcircuit. Het thyristor-fasegestuurde gelijkrichtcircuit of het diodegelijkrichtcircuit is de belangrijkste bron van harmonischen. Hoewel de individuele capaciteit van elektrische apparatuur klein is, is het aantal harmonischen enorm, waarvan de meeste geschakelde voedingen bevatten. Verschillende soorten geschakelde voedingen en frequentieomvormers worden steeds vaker gebruikt, samen met de harmonischen die door fluorescentielampen worden gegenereerd, waardoor de harmonische vervuiling van de voeding steeds prominenter wordt. Netharmonischen vervormen de spanning en stroomgolfvorm, waardoor er veel abnormale verschijnselen en storingen optreden in het elektriciteitsnet en de elektrische apparatuur van het bedrijf. Effectieve preventie van harmonischen is een belangrijk onderdeel geworden van de veilige werking van het elektriciteitsnet van het bedrijf. Het actieve filter verzamelt de harmonische stroom via de CT, berekent en extraheert snel de inhoud van elke harmonische door de CPU en stuurt instructies om het vermogensapparaat een compensatiestroom van gelijke amplitude en tegengestelde richting aan de harmonische stroom te laten produceren en deze in het elektriciteitsnet te injecteren om de harmonische stroom in het systeem te compenseren.
2. Belangrijkste kenmerken van de netkwaliteit in de biofarmaceutische industrie
2.1 De biofarmaceutische industrie ontwikkelt zich in clusters. Industriële clusterontwikkeling is de onvermijdelijke trend in de toekomst. Biofarmaceutica is een combinatie van processen die met verschillende schakels verbonden moeten worden, waardoor het beheer van de netkwaliteit bijzonder belangrijk is. Wanneer apparatuur of het elektriciteitsnet uitvalt, leidt dit tot een lineaire afname van de economische voordelen.
2.2 De belangrijkste lasten zijn pompen en motoren die worden aangestuurd door frequentieomvormers. De belangrijkste bron van harmonischen is de frequentieomvormer met een groot harmonischengehalte, waarvoor een aparte APF-configuratie nodig is voor harmonischenbeheer.
3. Harmonische bronnen in biofarmaceutische stroomvoorziening en distributiesystemen
Met de snelle ontwikkeling van de farmaceutische industrie is er veel geavanceerde apparatuur nodig. Er bestaat een groot aantal pompen en motoren, en veel daarvan zijn uitgerust met frequentieregelaars. Door het grote aantal toepassingen van frequentieregelaars neemt de harmonische samenstelling van het stroomdistributiesysteem aanzienlijk toe.
Momenteel gebruiken de meeste frequentieomvormers 6-puls gelijkrichting om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom, waardoor de harmonischen voornamelijk de 5e, 7e en 11e harmonischen zijn. Tegelijkertijd zijn er in laboratoria en automatische productielijnen in farmaceutische bedrijven doorgaans veel precisieapparatuur, die in veel gevallen zowel generatoren als slachtoffers van harmonischen zijn. Harmonischen beïnvloeden de normale werking van de apparatuur in het laboratorium, waardoor lopende experimenten verloren gaan; harmonischen beïnvloeden ook de intelligente controllers en PLC-systemen in geautomatiseerde productielijnen, waardoor de automatische regelapparatuur uitvalt. De harmonische problemen in farmaceutische bedrijven hebben daarom een verstrekkende impact en ernstige schade, die dringend aangepakt moet worden.
3.1 Onderzoeksstations en laboratoria
In laboratoria heeft een groot aantal gevoelige apparaten een schone netomgeving nodig om de normale werking van het systeem te garanderen. Denk hierbij aan hightech-instrumenten, precisie-instrumenten en meetapparatuur, schakelende voedingen, gelijkrichteromvormers, UPS/EPS, enz., die eveneens grotere bronnen van harmonischen zijn. Laboratoria en andere plaatsen met een groot aantal schakelende voedingen zullen aanzienlijke 3e, 5e en 7e harmonischen produceren. Hierbij is speciale aandacht nodig voor de invloed van de 3e harmonische stroom op de neutrale lijn.
3.2 Automatische productielijnen
Fermentatie is een belangrijk onderdeel van de productie van API, dat door de fermentor wordt gemaakt. Met de voortdurende uitbreiding van de productoutput, het updaten van nieuwe processen en het toenemen van nieuwe variëteiten, worden er verschillende eisen gesteld aan de besturing van de fermentor, de roerfrequentie en de aanpassing van de tijdsperiode. Voor situaties met zware belastingen, een hoog stroomverbruik en een lange fermentatiecyclus hebben de fermentatieproductiebedrijven de afgelopen jaren ook verschillende methoden toegepast om de apparatuur te renoveren. Frequentieregeling kan zowel voldoen aan de eisen van het productieproces als het verbruik verminderen. Met de voortdurende verbetering van de automatisering neemt de stroomvervuiling door automatiseringsapparatuur echter ook steeds toe. De bijbehorende interferentie met het automatische besturingssysteem wordt ook steeds sterker. De eisen aan de filtering en zuivering van de stroomvoorziening om een relatief stabiele en groene stroomvoorziening te verkrijgen, worden ook steeds hoger.
4. Praktijkgeval
Neem bijvoorbeeld een biofarmaceutisch project voor energiekwaliteitsbeheer in de provincie Shandong. Volgens de feedback van de verantwoordelijke van de fabriek treedt er regelmatig een storing op in het kantoorgebouw van de fabriek. De reactor in de condensatorkast van de productiewerkplaats lijkt te zijn doorgebrand en de N-draadkabel is oververhit. De belangrijkste oorzaak hiervan is naar verwachting de aanwezigheid van veel inverter-airconditioning, computer- en communicatieapparatuur, ledverlichting, pompen en andere apparatuur in het kantoorgebouw en de productiewerkplaats. Deze apparatuur genereert harmonischen en beïnvloedt het gehele stroomvoorzienings- en distributiesysteem. Het is nu noodzakelijk om de distributieruimtes van het kantoorgebouw en de productiewerkplaats te meten en de juiste oplossing te bieden op basis van de bijbehorende gegevens over de energiekwaliteit.
4.1 Harmonische meetgegevens in de distributieruimte van het uitgebreide kantoorgebouw
| Harmonische meetgegevens in de distributieruimte van het uitgebreide kantoorgebouw | ||||||
| huidig | huidige vervormingssnelheid | harmonische inhoud | 3e harmonische | 5e harmonische | 7e harmonische | |
| 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 Harmonische meetgegevens in de verdeelruimte van de productiewerkplaats
| Harmonische meetgegevens in de verdeelruimte van de productiewerkplaats | ||||||
| huidig | huidige vervormingssnelheid | harmonische inhoud | 3e harmonische | 5e harmonische | 7e harmonische | |
| 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 | ||||
Uit de bovenstaande twee sets meetgegevens kan worden geconcludeerd dat de harmonischen van het uitgebreide kantoorgebouw voornamelijk de 5e en 7e harmonischen zijn en dat de stroomvervorming tot 22% bedraagt. De 5e en 7e harmonischen kunnen centraal worden beheerd in de distributieruimte om de harmonische impact op het gehele stroomvoorzienings- en distributiesysteem, transformatoren, condensatorkasten en andere elektrische apparatuur te elimineren en zo de normale productie van biofarmaceutica te garanderen. De harmonischen in de distributieruimte van de productiewerkplaats zijn ernstiger, waar de 3e en 5e harmonischen de nationale norm van 0,38 kV voor harmonische stroomwaarden van GB/T14549-1993 "harmonischen in het openbare elektriciteitsnet" hebben overschreden. De condensatorkasten ter plaatse zijn in serie geschakeld met een reactantie van 7%. De 3e en 5e harmonische stromen de condensatorkast in en de harmonische stroom wordt gesuperponeerd op de grondstroom van de condensator, waardoor de bedrijfsstroom van de condensator groter wordt en de temperatuur stijgt. Dit leidt tot oververhitting en verkort de levensduur van de condensator of zorgt ervoor dat de condensator beschadigd raakt.
Deze problemen kunnen worden opgelost met actieve filters die gebruikmaken van de volledig digitale DSP+FPGA-besturingsmethode en parallel in het systeem zijn aangesloten. Ze kunnen de 2e tot en met 51e harmonischen volledig compenseren, specifieke harmonischen compenseren, harmonischen in het systeem elimineren om schade aan de N-lijn te voorkomen en de circuits beschermen tegen brand.
5. Conclusie
Met de introductie en verdieping van moderne productieprocessen, elektrische apparatuur en andere geavanceerde wetenschappelijke methoden, ontstaat een groot aantal niet-lineaire vermogenselektronica. Dit verbetert de kwaliteit van biofarmaceutica, maar heeft tegelijkertijd een ernstige impact op de netkwaliteit van het stroomtoevoer- en distributiesysteem van de gehele fabriek, met name in wetenschappelijke onderzoekslaboratoria, waar de belastingen divers zijn en de harmonische generatie en veranderingen een grote willekeur en complexiteit kennen. Door de netkwaliteit van het stroomtoevoer- en distributiesysteem in biofarmaceutische gebouwen te bestuderen en een redelijke oplossing voor te stellen in combinatie met het systeemplatform, kan de kwaliteit van de stroomvoorziening in biofarmaceutica worden verbeterd, evenals de veilige en economische werking van het net en het energieverbruik worden verlaagd.
Referenties:
[1] Acrel Enterprise Microgrid-ontwerp- en toepassingshandleiding. Versie 2022.05
Plaatsingstijd: 2 mei 2025