Одной из часто используемых традиционных мер компенсации реактивной мощности и высших гармоник является применение пассивных фильтрокомпенсирующих устройств. Для компенсации реактивной мощности используется косинусные конденсаторы установки, которые подключаются к сети индивидуально или группами и регулируются согласно коэффициенту мощности. Для компенсации высших гармоник применяются пассивные фильтры гармоник; они состоят из индуктивно-ёмкостных LC-контуров, настроенных на конкретную частоту гармоники, которую необходимо подавить.
Применение пассивных фильтров гармоник является обычной практикой. Такие фильтры просты, не требуют обслуживания, относительно дёшевы. Однако пассивные фильтры гармоник имеют и существенные недостатки. Их эффективность резко снижается при изменении гармонического состава токов и напряжений и при изменении параметров сети, а также при изменении состава потребителей, работе потребителей в долевых режимах и на холостом ходу. Кроме этого, при определенных частотах гармоник может возникнуть резонанс между фильтром и индуктивностью сети, что приведёт к увеличению тока этой гармонической составляющей.
Активный фильтр позволяет динамически фильтровать гармоники с переменной амплитудой, а также компенсировать реактивную мощность. Активный фильтр анализирует гармонический диапазон, вызванный нелинейными потребителями, и выдаёт ток коррекции гармоники в противофазе в электрическую сеть. Это значит, что соответствующие гармонические искажения нейтрализованы в точке подключения.
По своей структуре и по основным принципам действия активный фильтр аналогичен широко распространённым в настоящее время статическим преобразователям частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Активные фильтры гармоник подходят для трехфазных, четырехпроводных систем электроснабжения, осуществляющих питание однофазных и трёхфазных нелинейных нагрузок. Активные фильтры гармоник находят применение в самом широком спектре оборудования и могут использоваться практически в любой системе.
Принцип работы активного динамического фильтра.
Активный динамический фильтр (АДФ) является наиболее совершенным современным средством компенсации различных видов балластной мощности. АДФ представляет собой преобразователь параметров электрической энергии, потребляющий из сети небольшое количество активной мощности и генерирующий в ту же сеть значительную по величине неактивную (балластную) мощность, обусловленную реактивными токами, токами высших гармоник и токами несимметрии.
Все составляющие генерируемой АДФ балластной мощности (т. е. все типы генерируемых балластных токов) противоположны по направлению аналогичным составляющим балластной мощности (тока), потребляемой из сети разными потребителями электрической энергии. Это позволяет уменьшить величину активных потерь, разгрузить питающую сеть от этой балластной мощности (тока) и устранить её вредное влияние на качество напряжения сети: стабильность, синусоидальность, симметрию.
Потребляемая АДФ активная мощность расходуется на покрытие внутренних активных потерь и некоторой части потерь в активных сопротивлениях участка сети между АДФ и потребителями (источниками) компенсируемых балластных токов.
АДФ представляет собой 3-фазное преобразовательное устройство, которое по своей структуре и по принципу действия аналогично автономному инвертору напряжения, выполненному на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Методом широтно-импульсной модуляции в АДФ осуществляется формирование мгновенных значений трёхфазной ЭДС, обеспечивающей генерирование в сеть суммы гармоник тока, параметры которых (амплитуда, частота, фаза) необходимы для желаемой компенсации составляющих балластной мощности.
Контролируя параметры потребляемой мощности (т. е. анализируя составляющие потребляемого тока), система управления активного фильтра обеспечивает генерирование в сеть суммы гармоник тока, частота, амплитуда и фаза которых обеспечивают снижение до заданного уровня результирующих значений балластных составляющих потребляемой из сети мощности - реактивной мощности, мощности искажения (мощности высших гармоник) и мощности несимметрии. Требуемая степень компенсации обеспечивается регулированием амплитуды соответствующих гармоник ЭДС.
