バイオ医薬品産業におけるアクティブフィルターの応用

時間: 2023 年 12 月 25 日 |出典: アクレル

要約: 電子機器の普及に伴い、非線形負荷が増加しており、その結果、企業の電力網における高調波汚染がますます深刻になっています。高調波の悪影響により、電気の品質が低下し、追加の損失が増加し、電力網の信頼性が低下するため、企業の電力供給および消費設備の通常の動作に影響が生じ、さらには設備が損傷して重大な事故が発生します。電気的故障。電気安全の要件と現状に基づいて,本論文は生物医薬品安全電源システムにおけるアクティブフィルタ装置の機能と効果を分析した。

キーワード: 高調波、電力品質、アクティブフィルタ

 

1. はじめに

現在、製薬企業ではさまざまなパワーエレクトロニクス デバイスが広く使用されており、整流デバイスが大きな割合を占めています。インバータやDCチョッパなどに必要な直流電源は主に整流回路から供給されます。サイリスタ位相制御整流回路またはダイオード整流回路は、重大な高調波発生源です。電気機器は一つ一つの容量は小さいですが、その数は膨大で、その多くにスイッチング電源が含まれています。蛍光灯から発生する高調波とともに、各種スイッチング電源や周波数変換器の使用も増えており、電源の高調波汚染はますます顕著になっています。系統高調波により電圧・電流波形が歪み、社内の電力系統や電気設備に多くの異常現象や故障が発生します。高調波を効果的に防止することは、企業の電力システムを安全に運用する上で重要な部分となっています。アクティブフィルタは、CTを介して高調波電流を収集し、CPUによって各高調波の内容を高速に計算して抽出し、パワーデバイスに高調波電流と同じ振幅で逆方向の補償電流を生成するように指示を送り、それを注入します。システム内の高調波電流を相殺するために電力網に接続されます。

2. バイオ医薬品産業における電力品質の主な特徴

2.1 バイオ医薬品産業にはクラスターが発展しています。産業クラスターの発展は今後避けられないトレンドです。バイオ医薬品はプロセスの組み合わせであり、さまざまなリンクとの接続が必要なため、電力品質のガバナンスが特に重要です。機器や電力システムに障害が発生すると、経済的利益は直線的に減少します。

2.2 主な負荷は、周波数変換器によって駆動されるポンプとモーターです。主な高調波発生源は高調波を多く含む周波数コンバータであり、高調波管理のために APF を別個に構成する必要があります。

 

3. バイオ医薬品の電源および配電システムにおける高調波発生源

製薬産業の急速な発展に伴い、製薬産業に必要な多くの高度な機器が登場しました。ポンプやモーターの負荷は多数あり、その多くには周波数変換器が装備されています。周波数変換器を多数使用すると、配電システムの高調波成分が大幅に増加します。

現在、ほとんどの周波数変換器は 6 パルス整流を使用して AC 電流を DC 電流に変換するため、高調波は主に 5 次、7 次、および 11 次になります。同時に、製薬企業の研究室や自動生産ラインには通常、大量の精密機器が設置されており、多くの場合、これらの機器が高調波の発生源となると同時に被害を受けます。高調波は実験室の機器の通常の動作に影響を及ぼし、進行中の実験が失われてしまいます。高調波は自動化生産ラインのインテリジェントコントローラーやPLCシステムにも影響を与え、自動制御装置の故障を引き起こします。したがって、製薬企業の高調波問題は広範囲に影響を及ぼし、深刻な被害をもたらしており、早急に対処する必要があります。

3.1 研究ステーションと研究所

研究所では、ハイテク機器、精密機器および測定機器、スイッチング電源、整流器インバータ、UPS / EPS など、システムの正常な動作を保証するためにクリーンなグリッド環境を必要とする多数の機密機器が使用されます。これらもより大きな高調波発生源です。研究所やスイッチング電源の負荷が多数あるその他の場所では、3次、5次、7次の高調波が大量に発生するため、中性線への3次高調波電流の影響に特に注意する必要があります。

3.2 自動生産ライン

発酵は、発酵槽によって作られる API の生産の重要な部分です。製品生産量の継続的な拡大、新しいプロセスの更新、新しい品種の増加に伴い、発酵槽の制御、撹拌頻度、時間の調整など、さまざまな要件が求められます。近年、発酵生産企業は、負荷が大きく、電力消費量が大きく、発酵サイクルが長い場合に備えて、さまざまな方法で設備改修を行っています。周波数制御により、生産プロセスの要件を満たし、消費量を削減できます。しかし、オートメーションの継続的な改善に伴い、オートメーション機器による電力汚染もますます悪化しています。それに伴い、自動制御システムへの干渉もますます強くなってきています。比較的安定した環境に優しい電源を得るために、電源のフィルタリングと精製に対する要件もますます高くなっています。

 

4. 実際の事例

山東省のバイオ医薬品の電源品質管理プロジェクトを例に挙げると、工場の責任者からのフィードバックによると、工場の総合事務棟と生産設備のコンデンサーキャビネット内のリアクターで頻繁にトリップ現象が発生しています。作業場が焦げており、N ワイヤー ケーブルが過熱しているようです。主な原因としては、総合事務棟や生産工場にはインバーター空調、コンピュータ・通信機器、LED照明、ポンプ等の負荷が多く、高調波が発生し全体の電力に影響を与えることが考えられます。供給および流通システム。現在、総合的なオフィスビルと生産工場の配電室を測定し、対応する電力品質データに従って適切なソリューションを提供する必要があります。

4.1 総合オフィスビル配電室の高調波測定データ

総合オフィスビル配電室の高調波測定データ
	現在	電流歪み率	高調波成分	3次高調波	5次高調波	7次高調波
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 生産工場の配電室における高調波測定データ

生産工場配電室の高調波測定データ
	現在	電流歪み率	高調波成分	3次高調波	5次高調波	7次高調波
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

 

上記 2 つの測定データから、総合オフィスビルの高調波は主に 5 次と 7 次であり、現在の歪み率は最大 22% であると結論付けることができます。5 次および 7 次高調波を配電室で集中管理することで、電源および配電システム、変圧器、コンデンサキャビネット、その他の電気機器全体への高調波の影響を排除し、バイオ医薬品の正常な生産を確保できます。生産工場の配電室の高調波はさらに深刻で、第 3 および第 5 高調波が国家 GB/T14549-1993「公共供給ネットワークの高調波」0.38KV システム高調波電流値基準を超えています。現場のコンデンサキャビネットは 7% のリアクタンスで直列に接続されています。コンデンサの筐体内に3次、5次の高調波が流れ込み、コンデンサの基本波電流に高調波電流が重畳することでコンデンサの動作電流が大きくなり、温度が上昇して過熱し、コンデンサの寿命を縮めたり、コンデンサの破損の原因となります。

これらの問題を解決するのが、DSP+FPGAオールデジタル制御方式を採用し、システム内で並列接続されたアクティブフィルターデバイスです。2 次から 51 次の高調波を完全に補償したり、特定の高調波を補償したり、システム内の高調波を除去して N ラインへの損傷を防止したり、回路を火災から保護したりできます。

 

5。結論

最新の生産プロセス、電源装置、その他の高度な科学的手段の導入と深化に伴い、多数の非線形パワーエレクトロニクス装置が出現し、バイオ医薬品の品質が向上しますが、電源や電源の電力品質にも重大な影響をもたらします。プラント全体の配電システム、特に負荷が多様であり、高調波の生成と変化が非常にランダムで複雑である科学研究室。バイオ医薬品の建物内の供給および配電システムの電力品質を調査し、システム プラットフォームと組み合わせて合理的なソリューションを提案することで、バイオ医薬品の電力供給の品質を向上させるだけでなく、送電網とエネルギーの安全かつ経済的な運用を向上させることができます。消費量を減らすことができます。

参考文献:

[1] Acrel Enterprise マイクログリッド設計およびアプリケーション マニュアル。バージョン 2022.05