400V/690V アクティブパワーフィルター (APF)

製品概要

アクティブパワーフィルター（APF）は、中低圧配電ネットワーク専用に設計された高性能な電力品質最適化装置です。その主要機能は、高調波制御と精密な無効電力補償に焦点を当てており、電力網内の高調波干渉を迅速に捕捉し抑制すると同時に、無効電力調整も考慮に入れることで、電力品質の向上、線路損失の削減、電気機器の安全かつ安定した動作を確保します。完全制御型の電力電子デバイスとして、APFは高度な検出アルゴリズムと電力変換技術を採用しており、高速応答性と高い補償精度を特徴としています。追加のフィルタ部品なしで広帯域の高調波抑制を実現し、非線形負荷を持つ様々なシナリオに適しています。これは、高調波汚染を解決し、電力網の信頼性を向上させるための核心的な設備です。

システム構造と動作原理

核心構造

• 検出ユニット：高精度の電流/電圧検出モジュールを統合し、電力網および負荷からの電流信号をリアルタイムで収集し、FFTと高速フーリエ変換技術を通じて高調波成分と無効電流を正確に分離し、補償制御のデータサポートを提供します。

• 制御ユニット：DSPとFPGAのデュアルコア制御システムを搭載しており、高速な計算速度と精密な制御ロジックを持っています。高速通信バス（RS-485/CAN/Ethernet）を介して主回路モジュールと連携し、リアルタイムのコマンド発行と状態監視を実現します。

• 主回路モジュール：高性能IGBTパワーモジュールからなるブリッジインバータ回路は、強力な過負荷能力と安定した動作特性を持ち、制御指令に基づいて補償電流を迅速に生成することができます。また、フィルタリングと保護ユニットを装備し、電流制限、過電圧保護、および電磁適合性を実現します。

• 補助構造：複雑な動作条件下での装置の継続的かつ安定した動作を確保するためのデュアル電源モジュール、冷却システム、保護キャビネットを含みます。

動作原理

コントローラーは、検出ユニットを通じて電力網内の非線形負荷電流をリアルタイムで監視し、FFT高速フーリエ変換技術を使用して各高調波電流の振幅と位相情報を分析し、即座に必要な逆補償電流パラメータを計算します。その後、PWMパルス幅変調技術を通じてIGBTモジュールのスイッチング状態を制御し、負荷によって生成された高調波電流と等しい振幅で反対の位相を持つ補償電流を生成し、これを電力網に正確に注入することで高調波電流をキャンセルします。同時に、必要に応じて無効電力を動的に調整し、最終的には電力網内の正弦波電流と力率の最適化を達成し、高調波歪度率（THDi）を大幅に削減し、電力品質が関連する国家基準を満たすことを確保します。

冷却方式

• 強制冷却（AF/空冷）

• 水冷

主な特長

• 正確で効率的な高調波抑制：2-50次までの高調波を抑制し、高調波歪度率THDiを5%以下に低下させ、補償電流分解能を0.1Aまで達成します。インバータ、電弧炉、整流器などの非線形負荷によって生成される複雑な高調波に対して正確に対応できます。

• 高速応答と動的補償：応答時間が5ms未満であり、負荷の高調波と無効電力の動的変化をリアルタイムで追跡し、遅延補償なく効果的に衝撃負荷による電力品質の変動問題を解決します。

• 安定かつ信頼性が高い、強い適応性：デュアル電源設計と冗長保護機構を採用し、過電圧、欠電圧、過電流、過熱、駆動障害などの多重保護機能を持っています。保護レベルはIP30（室内）/IP44（室外）に達し、-35℃~+40℃の動作温度を耐え、様々な厳しい作業条件に適しています。

• 柔軟な機能性、拡張性との互換性：高調波単独補償、無効電力単独補償、または両方の補償モードの組み合わせをサポートします。Modbus RTUやIEC61850などの複数の通信プロトコルと互換性があり、多台の並列ネットワーク運転を実現し、異なる容量のシナリオの要件を満たします。

• 省エネルギーで環境に優しく、経済的で実用的：自体の電力損失は1%未満であり、追加の高調波生成がなく、電力網の元の構造には影響を与えません。大容量のコンデンサーやインダクティブコンポーネントは不要で、コンパクトな構造により設置スペースと初期投資を節約します。

技術仕様

アプリケーションシナリオ

• 産業セクター：鋼鉄、冶金（電気炉、連続鋳造機）、採鉱（インバータ駆動装置）、石油化学（圧縮機、ポンプ）、自動車製造（溶接装置、塗装ライン）など、非線形負荷が多い他のシナリオで、高調波汚染を制御し、生産設備の安定稼働を確保します。

• 商業および民間建築：ビル、ショッピングモール、ホテルの中央空調、エレベーター、照明システム、データセンターのUPS電源、サーバークラスター、高調波干渉を抑制し、電気設備の損傷を防ぎます。

• 新エネルギー分野：太陽光発電所や風力発電所のインバータ側で、インバータによって発生する高調波を制御し、新エネルギーの電力品質を改善し、電力網への接続基準を満たします。

• 交通分野：電化鉄道の牽引変電所、都市鉄道の供給電力システム、牽引負荷によって発生する高調波と負相問題を解決し、供給電圧を安定させます。

• その他のシナリオ：医療機器、精密機器生産ライン、空港および港湾の揚重機械など、厳格な電力品質が必要な他のシナリオで、純粋な電力環境を提供します。