تصميم متناسق تصفية لتخفيف نقطتين الرنين في شبكة التوزيع

كاتب: Sybrand بيستر (البريد الإلكتروني: bestersj@gmail.com) وغاري أتكنسون والأمل (البريد الإلكتروني: atkinsonhopeg@cput.ac.za) جامعة شبه جزيرة كيب للتكنولوجيا, بيلفيل 7539, جنوب أفريقيا

المقابلة المؤلف: غاري أتكنسون والأمل, شهادة الدكتوراة, المجالات البحثية: VDC والتحليل التوافقي, الدراسات الحسابية. البريد الإلكتروني: atkinsonhopeg@cput.ac.za.

مجلة الطاقة وهندسة الطاقة 6 (2012) 2018-2023

1. مقدمة

عدم الارتياح المتزايد على التشوهات التوافقية ينبع من تركيب وتطبيق أجهزة السلطة للغاية غير الخطية الإلكترونية, مثل VSD (محركات متغيرة السرعة) للسيطرة على أجهزة السلطة في الصناعة [1].

عندما يوفرها الجهد ل 50 هرتز, حمولة غير الخطية توجه التيارات التوافقية التي تخترق الشبكات تسبب التشوهات الموجي [2]. حثي الأحمال امتصاص قوة رد الفعل. سوف تركيب المكثفات بالتوازي تحسين معامل القدرة, لأنها توفر قوة رد الفعل [3]. الفولتية حافلة انخفاض نتيجة لزيادة الطلب على الحمل. ومن الشائع لوضع استراتيجيا البنوك مكثف للمساعدة في إبراز الجهد العودة إلى القيم الاسمية [4]. المكثفات المستخدمة لزيادة الجهد الحافلات وتحسين معامل القدرة يمكن أن يكون لها آثار ضارة على الشبكة عندما تكون التوافقيات موجودة في النظام لأنها يمكن أن تسبب الرنين التوافقي لتحدث.

يحدث الرنين المتوازي عندما مقادير من وبالسعة وحثي مفاعلة متساوون. إذا تم محاذاة الذروة الرنانة بالتوازي مع تردد من التوافقي مميزة حقن من الحمل غير الخطية, الجهد العالي ويمكن أن تتدفق التيارات التي يمكن أن تسبب تلف المعدات في الشبكة. IEEE الأمراض المنقولة جنسيا. 519-1992 تم إنشاء لمساعدة المستخدم حفاظ على هذه الجهد والتشوهات الحالية في مستوى مقبول في PCC (نقطة اقتران المشتركة).

المستويات المتصاعدة من التشويه في نظم التوزيع يمكن أن يكون أفضل الواردة في تركيب الفلاتر التوافقي في مواقع استراتيجية [5]. المرشحات التوافقي الأكثر شيوعا هي فلتر تمريرة عالية ومرشح واحد ضبطها. الحكام. [6-8] مناقشة كيف يتم جلب الجهد والتشوهات الحالية إلى مستويات مقبولة وفقا لIEEE الأمراض المنقولة جنسيا. 519-1992 باستخدام مرشحات السلبي.

في حين أن جميع هذه الحالات التحقيق في الحالة التي يكون فيها هناك نقطة واحدة مدوية موازية سببه مكثف, أيا منها تتعلق الحالة التي يكون فيها هناك نوعان من المكثفات تحويلة تقع في الشبكة تسبب نقطتين الرنانة مواز للتحدث. لهذا السبب, واعتبر أنه من الضروري إنشاء شبكة باستخدام برامج المحاكاة التي يمكن إجراء دراسات التوافقية ويمكن تقييم عند حدوث الرنين موازية إذا تم تثبيت المكثفات لتصحيح معامل القدرة والحافلات تنظيم الجهد وتأتي بعد ذلك مع أفضل الحلول للحد من التشوهات الناجمة عن صدى باستخدام مرشحات التوافقي. يجب أن الحلول تأكد من أن النظام هو داخل IEEE الجهد Std.519-1992 والقيود الحالية.

2. بيان أبحاث

الغرض من هذا البحث هو دراسة سيناريو حيث تحدث نقطتين الرنانة في نظام تسببها المكثفات الطاقة. يتم خفض الجهد حافلة هادف تحت NRS 048-2:2004 الحد من الجهد 6% بحيث مكثف ناور وأضاف لتحسين الحد الجهد إلى القيمة الاسمية مع مكثف معامل القدرة متصلة في الحافلة المستهلك يسبب صدى في النظام [9]. هدف إضافي هو تصميم ضبطها واحد والمرشحات التوافقي تمريرة عالية للحد من التشوهات التي تسببها التوافقي صدى موازية بسبب نقاط الرنانة متعددة. يجب ألا يتجاوز الجهد والتشوهات الحالية IEEE الأمراض المنقولة جنسيا. 519-1992 قيود على قدرة شرائية.

3. المنهجية

تم محاكاة الشبكة في DIgSILENT 14 برنامج مصنع الطاقة. أجريت دراسات التوافقية الأولى دون المكثفات ومن ثم مع المكثفات موجودة في الشبكة. تم تركيب مرشحات تمرير عالية والفلاتر واحد ضبطها في وجهتي نظر مختلفتين في الشبكة. خلال كل من سيناريوهات مختلفة, تم فحص النظام لتحديد التي وقعت في سمة النظام التوافقي الرنين. وقد لوحظت الجهد والتشوهات الحالية في PCC أيضا لمعرفة ما إذا كان سقط داخل IEEE الأمراض المنقولة جنسيا. 519-1992.

4. الخلفية النظرية

4.1 بسبار الجهد اللائحة

وقد انخفضت الفولتية الحافلة أدناه NRS 048-2:2004 الحد الجهد كما هو مبين في الجدول 1 [9].

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network tab 1

جدول 1 NRS 048-2 حدود الجهد.

4.2 تصميم متناسق تصفية

(1) حجم مكثف

ينبغي تحديد حجم مكثف للمرشحات من قبل قوة رد الفعل اللازمة لزيادة معامل القدرة بسبار. يتم استخدام المعادلة التالية لوصف العلاقة بين القوة الفاعلة والمتفاعلة عند البت قيمة السعة:

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 1

سج هو مجموع قوة رد الفعل بالسعة. PF1 ويضاف معامل القدرة قبل مكثف و PF2 هو عامل قوة بعد مكثف يضاف. P ويتم احتساب قوة power.Real حقيقي من قبل:

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 2 *

حيث: في = المرحلة الجهد, أنا = المرحلة الحالية; P = السلطة الحقيقية و س = قوة رد الفعل.

(2) مرشح ضبطها واحد

هذا النوع من التصفية يتكون من مكثف في سلسلة مع مفاعل. مرشح واحد ضبطها هو جيد لمحاصرة متناسق محددة. أنه يعطي جزء أو كل قوة رد الفعل المطلوبة لتصحيح معامل القدرة [6].

(3) مرشح تمريرة عالية

ويتكون المرشح من مكثف في سلسلة مع مزيج من المقاوم ومفاعل. مرشح تمريرة عالية هي واحدة من خلالها تمرير ترددات أعلى [10].

(4) المعادلات تصميم فلتر الصيغ الواردة أدناه يمكن استخدامها لتصميم مرشح تمرير عالية ومرشح واحد ضبطها. مفاعلة سعوية (X_C):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 3

مفاعلة استقرائي (Xال): X

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 4

مفاعلة مميزة (Xن):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 5

قوة رد الفعل للمرشح (سF):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 6

المقاوم واحد ضبطها (RS):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 7

تمريرة عالية المقاوم (RH):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 8

حيث: حن = ضبط النظام; س = عامل الجودة.

(5) عامل الجودة

و س-عامل (عامل الجودة) يتم تحديدها من قبل قيمة المقاوم مرشح ويحدد من حدة وتيرة التي يتم ضبطها [11]. و س-عامل مرشح واحد ضبطها عادة بين 30 و 100 [10]. مرشحات متناسق مع مستوى منخفض س-عامل مثل فلتر تمريرة عالية لديهم عامل س بين 0.5 و 5 [10].

(6) اختيار مرشح ضبط النظام

يتم ضبطها الفلاتر 3%-15% تحت النظام التوافقي يجري تصفيتها [12].

4.3 حسابات للحدود متناسق تشويه

الفردية متناسق تشويه التيار الكهربائي (HD_في):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 9 تشويه مجموع الجهد التوافقي (THD_في):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 10

حيث: فيح = الجهد التوافقي, في₁= الجهد في التردد الأساسي (و1 = 50 HZ).

تشويه التيار التوافقي الفردية (HDأنا):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 11
تشويه مجموع الطلب (TDDأنا):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 12

حيث:

أناح = حجم التيار التوافقي;

أناال = الحمل الأقصى المكون الأساسي الطلب الحالي;

أنا1 = الحالية في التردد الأساسي (و1 = 50 HZ).

SCR (نسبة ماس كهربائى):

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network equ 13

حيث: أناSC = ماس كهربائى الحالي في PCC.

4.4 IEEE الأمراض المنقولة جنسيا. 519-1992 القيود

المعيار توصي القيود عن التشوهات التوافقي قياس في نقطة اقتران المشتركة [13]. يتم تحديد اكبر قدر من التشويه التوافقي الحالي المستهلك يمكن حقن في شبكة المرافق العامة من خلال الحد في الجدول 2 [14, 15]. وتظهر البيانات اللازمة لدراسة حدود التشويه في PCC فقط في الجدولين 2 و 3.

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network tab 2

جدول 2 IEEE STD 519-1992 حدود التشويه الحالية.

توريد الجهد غير مشوهة نظيفة للمستهلكين هي مسؤولية الأداة المساعدة [14]. يمكن للعملاء أن يكون إلا مذنبا لتشويه الجهد إذا كانت لا تلبي الحدود الحالية التوافقي [14]. وتظهر حدود الجهد التوافقي في الجدول 3 [15].

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network tab 3

جدول 3 IEEE STD 519-1992 حدود تشويه الجهد.

5. سطر واحد مخطط

كان على غرار شبكة التحقيق في DIgSILENT 14 برنامج مصنع الطاقة. تتكون الشبكة من ثلاثة الأحمال; واحد هو غير الخطية (VOD) مع الطيف التوافقي هو مبين في الجدول 4.

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network tab 4

جدول 4 الطيف التوافقي من الحمل 3.

BUS 3 ويتم إعطاء PCC ومعلمات الشبكة في الشكل. 1.

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network fig 1

6. حالات المحاكاة

دراسة حالة 1

الشبكة في الشكل. 1 كان على غرار, ومحاكاة لوحظ PCC. كما تم تسجيل معامل القدرة من العملاء والجهد في كل حافلة.

دراسة حالة 2

A مكثف مع قيمة 8.6 كان على علاقة MVAr في BUS 2 لزيادة الفولتية حافلة BUS 2 وBUS 5 وزيادة عامل قوة النظام من 0.92 إلى 0.99. مكثف أخرى (0.9 MVAr) كان متصلا بالتوازي مع الحمل 3 لزيادة معامل القدرة من 0.88 إلى 0.97.

دراسة حالة 3

وقد صمم مرشح واحد ضبطها باستخدام مكثف في BUS 2. تم ضبطها مرشح 5% تحت 5 النظام التوافقي إيجيبت. 4.75ال. كانت الفكرة الرئيسية لتجنب التوافقيات بدلا من إنقاص واحدة محددة. مكثف في BUS 5 كان لا يزال متصلا.

دراسة حالة 4

تمت إزالة مرشح واحد ضبطها في دراسة حالة 3 واستبدالها 4.75th التوافقي مرشح تمريرة عالية. وقد تم تصميم هذا المرشح أيضا لتجنب التوافقيات.

دراسة حالة 5

مرشح في BUS 2 في دراسة حالة 4 استعيض مع 8.6 وقد تم تصميم مكثف MVAr ومتناسق مرشح واحد ضبطها 4.75th من تصحيح معامل القدرة مكثف في BUS 5.

دراسة حالة 6

مرشح واحد ضبطها من دراسة حالة 5 استعيض مع 4.75th التوافقي مرشح تمريرة عالية.

تم العثور على نسبة ماس كهربائى أن تكون في < 20 الفئة لجميع الحالات. وسجلت النتائج في PCC.

7. النتائج

تسبب المكثفات اثنين بالقرب من الأصداء 5 و11TH.

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network fig 2

الرقم 2. مسح مقاومة من دراسة حالة 2 أجريت في PCC

التوافقيات الأخرى إيجيبت. 7ال, 13ال, 17وال 19 تقع ضمن IEEE الأمراض المنقولة جنسيا. 519 حدود. في الشكل. 2, نسبة التشوهات (HDفي) التي تسببها التيارات التوافقية 5 و11TH يمكن أن ينظر. تين. 3 يظهر مجموع التشوهات الطلب (TDDأنا) في PCC.

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network fig 3

الرقم 3. المقارنة بين 5 و 11TH (HDV) نتائج دراسات الحالة 1-6

تشويه مجموع الجهد (THDفي) تحسب من الفولتية في PCC هو مبين في الشكل. 4.

الرقم 4 يظهر مجموع التشوهات الطلب (TDDI) في PCC.

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network fig 4

الرقم 4. مقارنة النتائج TDDI من دراسات الحالة 1-6

تشويه مجموع الجهد (THDV) تحسب من الفولتية في PCC هو مبين في الشكل 5:

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network fig 5

الرقم 5. مقارنة النتائج THDV من دراسات الحالة 1-6

اتخذت بالاشعة مقاومة من دراسات الحالة 2, 5 و 6. الفرق في مقاومة يمكن أن ينظر إليه في الشكل. 6.

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network fig 6

الرقم 6. مقارنة بالاشعة الممانعة من دراسة حالة 2, 3 و 4, أجريت في PCC

اتخذت بالاشعة مقاومة من دراسة حالة 2, 5 و 6. الفرق في مقاومة يمكن أن ينظر إليه في الشكل 7:

Harmonic Filter Design to Mitigate Two Resonant Points in a Distribution Network fig 7

الرقم 7. مقارنة بالاشعة الممانعة من دراسة حالة 2, 5 و 6, أجريت في PCC

8. تحليل نتائج

دراسات الحالة 1 و 2

يمكن أن ينظر إليه من دراسة حالة 1 أن الشبكة كانت بجانب أي تشويه التوافقي في الشبكة, قبل تم إضافة المكثفات عامل قوة ومكثف لزيادة الجهد حافلة. المكثفات المضافة في دراسة حالة 2 تسبب صدى موازية للتحدث بالقرب من أجل التوافقية 5 و11TH, ينظر في الشكل. 7. التيارات 5 و11TH حقن عن طريق الحمل 3 تسبب في التفاعل بين نقاط الرنانة والتيارات وتسبب في حدوث الرنين التوافقي. هذه الزيادة في التشوهات الجهد 5 و11th و التشوهات الحالية 11TH, بما في ذلك تشويه الطلب الكلي فوق IEEE الأمراض المنقولة جنسيا. 519-1992 القيود.

دراسة حالة 3 و 4

وضبطها واحدة وتنفيذ مرشحات عالية تمرير بالضبط تقريبا نفس ويرجع ذلك إلى تشويه أنها انخفضت مستويات كما هو موضح في الشكلين. 1 و 2. كانت نقطة الرنانة كما انتقلت بنجاح ينظر في الشكل. 5, وكان هناك نجاح في زيادة الفولتية الحافلة النظام وتحسين معامل القدرة.

دراسات الحالة 5 و 6

المرشحات التوافقي تنفيذ نفس المرشحات في دراسات الحالة 3 و 4, أيضا بسبب التشوهات انخفض هو موضح في الشكلين. 2-4 و 7 التي كانت بالضبط تقريبا نفس. كما تم نقل قمم الرنانة بنجاح كما هو موضح في الشكل. 6. قدمت مرشحات مزيد من معامل القدرة اللازمة للعميل متصلا BUS 5.

9. الاستنتاجات

وقد قدمت هذه الورقة تطبيق مرشحات ضبطها واحد وتمريرة عالية التوافقي في المرافق العامة والاستهلاكية في نهاية عندما تكون موجودة في النظام نقطتين الرنانة مواز. تركيب مرشحات التوافقي في الجانب العملاء لإزالة التشوهات التوافقي أثبت أنه أكثر فعالية في تلبية حدود التشوه التوافقي عند النظر في PCC. أثبتت هذه الورقة أيضا إلى أن الدراسات اختراق التوافقي لا يمكن أن يؤديها باستخدام برنامج الطاقة DIgSILENT. فمن المستحسن أن المزيد من البحوث يجب القيام به عندما يكون هناك ثلاثة أو نقاط متعددة الرنانة الموجودة في الشبكة التي يتردد صداها مع الأرقام المميزة والتوافقي لنرى كيف المرشحات التوافقي من شأنه أن يقلل مستويات التشويه عندما لاحظ التشوهات غير مقبول في PCC.

شكر وتقدير

وأيد هذا العمل من قبل لجنة توريد كهرباء جنوب أفريقيا (إسكوم) تحت دعم منحة التعليم العالي 2010.

المراجع

[1] Y.T. هسياو, تصميم مرشحات للحد من التشويه التوافقي وتصحيح معامل القدرة في أنظمة التوزيع الصناعي, Tamkang مجلة العلوم والهندسة 4 (3) (2001) 193-199.

[2] R.S. وبذلك يصبح, M.S. سارما, سلطة جودة: التعويض VAR في أنظمة الطاقة, لجنة حقوق الطفل الصحافة, بوكا راتون, 2009, ص. 6-7.

[3] R. ناتاراجان, المكثفات نظام السلطة, تايلور وفرانسيس المجموعة, سنغافورة, 2005, ص. 35-45.

[4] F.C. دي لا روزا, التوافقيات وأنظمة الطاقة, تايلور وفرانسيس المجموعة, بوكا راتون, 2006, ص. 85-86.

[5] J. Arrillaga, N.R. واتسون, التوافقيات نظام السلطة, 2الطبعة الثانية., وايلي, غرب ساسكس, 2003, ص. 245-246.

[6] E.B. مكرم, E.V. سوبرامانيام, A.A. جرجس, R. القصة, تصميم مرشح التوافقي باستخدام البيانات المسجلة الفعلية, IEEE ترانس. في. تطبيق ورقة. 29 (1993) 1176-1183.

[7] ملحق العالم. ليما Tostes, U.H. بقرة صغيرة, R.D.S. سيلفا, J.A.L. شجاع, C.C.M. دي مورا, T.M.M. أبيض, الآثار على شبكة التوزيع اعتماد من اعتماد توزيع المرشحات التوافقي على العملاء ذات الجهد المنخفض, IEEE ترانس. السلطة ديل. 20 (2005) 384-389.

[8] P.J. ماكوين, C. صوت, التحليل التوافقي والتخفيف عن المنشآت الصناعية, في: مؤتمر BTECH, نوفمبر. 13, 2009, Vol.13, ص. 9-14.

[9] الكهرباء التموين الجودة التموين، الجزء 2: خصائص الجهد, مستويات التوافق, حدود وطرق التقييم, 2004, ص. 13-17.

[10] G.W. وكيلة, التوافقيات نظام السلطة أساسيات, تحليل وتصميم تصفية, سترة, نيويورك, 2001.

[11] A.B. نصيف, في. شو, في. فريتاس, تحقيقا بشأن اختيار مرشح لتطبيقات طبولوجيا مرشح السلبي, IEEE ترانس. السلطة ديل. 24 (3) (2009) 1710-1718.

[12] IEEE Std.1531 2003, دليل IEEE لتطبيق مواصفات وتصفية متناسق, 2003.

[13] محرك التردد المتغير: العملية وتطبيق محرك التردد المتغير (ففد) تكنولوجيا [على الانترنت], شركة الناقل, HTTP://www.carriercca.com / Supporting_Doc / Water_Coole d_Chillers / wp_varfreqdrive.pdf.

[14] T.M. مزهر, D.J. Carnovale, تطبيق IEEE STD 519-1992 حدود التوافقي, في: المؤتمر الفني صناعة اللب والورق, WI, الولايات المتحدة الأمريكية, يونيو 18-23, 2006, ص. 1-9.

[15] IEEE Std.519-1992, IEEE الممارسة الموصى ومتطلبات السيطرة متناسق في أنظمة الطاقة الكهربائية, 1993.

الوظائف ذات الصلة: