Harmonic Filter Design Zwei Resonant Punkte in einer Distribution Network Mitigate

1. Einführung

Die zunehmende Verunsicherung in der harmonischen Verzerrungen ergibt sich aus der Installation und Anwendung von hochgradig nichtlinearen Leistungselektronik, wie VSD (Frequenzumrichter) zum Machtapparat in der Branche zu steuern [1].

Wenn durch eine Spannung der gelieferten 50 Hz, ein nicht-linearer Last zieht Oberschwingungsströme, die Netzwerke verursachen Wellenformverzerrungen zu durchdringen [2]. Induktive Lasten aufnehmen Blindleistung. Installation parallel Kondensatoren Verbesserung des Leistungsfaktors, weil sie Blindleistung [3]. Bus-Spannungen zu verringern aufgrund der zunehmenden Nachfrage von Last. Es ist üblich, an strategischen Stellen Kondensatorbänke zu helfen, den Spannungsverlauf zurück zu Nominalwerten [4]. Die verwendeten, um die Bus-Spannung zu erhöhen und die Leistungsfaktor-Kondensatoren kann schädliche Auswirkungen auf das Netzwerk, wenn Oberschwingungen im System vorhanden, wie sie verursachen können harmonische Resonanz zu treten haben.

Parallelresonanz tritt auf, wenn die Größen der die kapazitive und induktive Reaktanz gleich sind. Wenn die Parallelresonanzspitze ist mit der Frequenz einer charakteristischen Harmonischen durch die nichtlineare Last injiziert flucht, Hochspannung und Ströme fließen, die Schäden an den Geräten im Netzwerk verursachen können. Der IEEE-Standard. 519-1992 wurde geschaffen, um dem Benutzer helfen, diese Spannung und Strom Verzerrungen halten sich in einem akzeptablen Niveau an der PCC (Verknüpfungspunkt).

Die eskalierenden Verzerrungspegel in Verteilersystemen kann am besten durch die Installation von Oberwellenfilter an strategischen Stellen enthalten sein [5]. Die am häufigsten verwendeten Oberwellenfilter sind der Hochpass-Filter und der einzelnen abgestimmten Filter. Refs. [6-8] diskutieren, wie Spannungs-und Stromverzerrungen auf akzeptable Werte nach dem IEEE-Standard gebracht. 519-1992 mit passiven Filtern.

Während alle diese Fälle zu untersuchen eine Situation, wo es eine parallele Resonanzpunkt durch einen Kondensator verursacht, keiner von ihnen betrifft einen Fall, wo es zwei Shunt-Kondensatoren in dem Netzwerk verursacht zwei Parallelresonanzpunkte auftreten gelegen. Aus diesem Grund, es als notwendig erachtet wurde, um ein Netzwerk mit Hilfe von Simulationssoftware, die harmonische Studien durchführen können und konnte zu bewerten, wenn parallel Resonanz tritt auf, wenn Kondensatoren zur Leistungsfaktorkorrektur und Bus-Spannungsregelung installiert und dann kommen mit der besten Lösung, um die Verzerrungen, die durch das zu reduzieren erstellen Resonanz mit Oberwellenfilter. Die Lösungen müssen sicherstellen, dass das System innerhalb der IEEE-1992 Std.519 Spannungs-und Strombegrenzungen.

2. Forschung Erklärung

Das Ziel dieser Forschung ist es, ein Szenario, in dem zwei Resonanzpunkte in einem System von Leistungskondensatoren verursacht auftreten, zu untersuchen. Die Bus-Spannung wird absichtlich unterhalb der NRS gesenkt 048-2:2004 Spannungsgrenze 6% so daß der Nebenschlußkondensator hinzugefügt, um die Grenzspannung auf den Sollwert mit dem Leistungsfaktor-Kondensator am Bus angeschlossenen Verbraucher zu verbessern bewirkt Resonanz in dem System [9]. Ein weiteres Ziel ist die Konzeption und einfach abgestimmten High-Pass-Filter, um die harmonischen Oberwellen von der Parallelresonanz verursacht, weil von mehreren Resonanzpunkte zu senken. Die Spannungs-und Stromverzerrungen müssen IEEE Std. nicht überschreiten. 519-1992 Einschränkungen bei der PPC.

3. Methodik

Das Netzwerk wurde in DIgSILENT simuliert 14 Kraftwerks Software. Harmonic Studien wurden zunächst ohne Kondensatoren im Netzwerk vorhanden Kondensatoren durchgeführt und dann. Hochpassfilter und einfach abgestimmten Filter wurden an zwei verschiedenen Punkten im Netzwerk installiert. Während jeder der verschiedenen Szenarien, das System wurde überprüft, um zu bestimmen, bei dem charakteristische harmonische Ordnung Resonanz aufgetreten. Wurden auch die Strom-und Spannungsverzerrungen im PCC beobachtet, um zu sehen, ob es fielen in den IEEE-Standard. 519-1992.

4. Theoretischer Hintergrund

4.1 Sammelschienen-Spannungsregelung

Die Bus-Spannungen wurden unter NRS verringert 048-2:2004 Spannungsgrenze, wie in der Tabelle gezeigt 1 [9].

Tabelle 1 NRS 048-2 Spannungsgrenzen.

4.2 Harmonic Filter Design

(1) Kondensatorgröße

Die Größe des Kondensators für die Filter sollten von der benötigt wird, um die Sammelschiene Leistungsfaktor erhöhen Blindleistung bestimmt werden. Die folgende Gleichung wird verwendet, um die Beziehung zwischen der Wirk-und Blindleistung beschreiben, bei der Entscheidung, den Wert der Kapazität:

Qc ist die Gesamt kapazitive Blindleistung. PF1 wird der Leistungsfaktor vor dem Kondensator zugegeben wird und PF2 wird der Leistungsfaktor nach dem Kondensator hinzugefügt. P wird die reale Macht power.Real wird berechnet durch:

*

wo: IN = Phasenspannung, Ich = Phasenstrom; P = Reale Macht und Q = Blindleistung.

(2) Einfach abgestimmten Filter

Diese Art von Filter aus einem Kondensator in Reihe mit einem Reaktor. Die Einzel abgestimmten Filter ist gut für eine bestimmte Fang harmonischen. Es gibt einen Teil oder die Blindleistung für die Leistungsfaktorkorrektur erforderlich [6].

(3) Hochpassfilter

Der Filter besteht aus einem Kondensator in Serie mit einer Kombination aus einem Widerstand und einem Reaktor. Ein Hochpassfilter ist ein, durch die die höheren Frequenzen passieren [10].

(4) Filter Design Gleichungen Die unten aufgeführten Formeln können verwendet werden, um einen Hochpass-Filter-Design und eine einfach abgestimmten Filter. Kapazitive Reaktanz (X_C):

Induktive Reaktanz (XDie): X

Charakteristisch Reaktanz (Xn):

Blindleistung der Filter (QF):

Einzelabstimmung Widerstand (RS):

High-Pass-Widerstand (RH):

wo: hn = Tuning bestellen; Q = Qualitätsfaktor.

(5) Qualitätsfaktor

Die Q-Faktor (Qualitätsfaktor) wird durch den Wert der Filterwiderstand ermittelt und bestimmt die Schärfe der Frequenz, auf die sie abgestimmt ist, [11]. Die Q-Faktor eines einfach abgestimmten Filter ist normalerweise zwischen 30 und 100 [10]. Harmonic-Filter mit einem niedrigen Q-Faktor wie der Hochpassfilter einen Q-Faktor zwischen 0.5 und 5 [10].

(6) Auswahl der Filterabstimmung um

Filter abgestimmt sind 3%-15% unter die harmonische Ordnung gefiltert [12].

4.3 Berechnungen für Harmonic Distortion Limits

Individuelle harmonischen Spannungsverzerrung (HD_IN):

Gesamte harmonische Spannungsverzerrung (THD_IN):

Individuelle Klirrfaktor (HDIch):

Die Gesamtnachfrage Verzerrung (TDDIch):

wo:

Ichh = Harmonische Stromstärke;

IchDie = Grund maximale Bauteil Nachfrage Laststrom;

Ich1 = Strom bei der Grundfrequenz (f1 = 50 HZ).

SCR (Kurzschluss-Verhältnis):

wo: IchSC = Kurzschlussstrom an der PCC.

4.4 IEEE Std. 519-1992 Begrenztheit

Die Norm empfiehlt Einschränkungen für harmonische Verzerrungen, gemessen am Verknüpfungspunkt [13]. Die Menge der Klirrfaktor ein Verbraucher in das Versorgungsnetz zu injizieren ist durch die Grenz in der Tabelle angegebenen 2 [14, 15]. Nur die benötigt wird, um Verzerrungen Grenzen bei der PCC untersuchen Daten sind in den Tabellen 2 und 3.

Tabelle 2 IEEE STD 519-1992 Stromverzerrung Grenzen.

Die Bereitstellung einer sauberen unverfälschten Spannung an die Verbraucher in der Verantwortung des Gebrauchs [14]. Die Kunden können nur schuldig Verzerrung der Spannung sein, wenn sie die harmonischen Stromgrenzen nicht erfüllen [14]. Die harmonischen Spannungsgrenzen sind in Tabelle 3 [15].

Tabelle 3 IEEE STD 519-1992 Spannungsverzerrung Grenzen.

5. One-Liniendiagramm

Das Netzwerk wurde untersucht, in DIgSILENT modelliert 14 Kraftwerks Software. Das Netzwerk besteht aus drei Lasten; eine nicht-lineare (VOD) mit einer in Tabelle harmonische Spektrum 4.

Tabelle 4 Harmonic Spektrum der Last 3.

BUS 3 wird die PCC und die Netzparameter sind in Abb.. 1.

6. Simulationsfälle

Fallstudie 1

Das Netzwerk in Fig.. 1 modelliert, simuliert und die PCC beobachtet. Der Leistungsfaktor der Kunden und die Spannung an jedem Bus wurde ebenfalls aufgezeichnet.

Fallstudie 2

Ein Kondensator mit dem Wert 8.6 MVAr wurde bei BUS 2 um die Bus-Spannungen von BUS erhöhen 2 und BUS 5 und erhöhen den Leistungsfaktor des Systems von 0.92 zu 0.99. Ein weiterer Kondensator (0.9 MVAr) wurde parallel mit der Last verbunden ist 3 um den Leistungsfaktor von erhöhen 0.88 zu 0.97.

Fallstudie 3

Ein Single-abgestimmten Filter wurde mit der Kondensator an BUS konzipiert 2. Der Filter abgestimmt wurde 5% unterhalb der 5. harmonische Ordnung d. h.. 4.75th. Die Grundidee war es, Oberschwingungen zu vermeiden, anstatt zu verringern eine spezifische. Der Kondensator an BUS 5 noch angeschlossen wurde.

Fallstudie 4

Die einfach abgestimmten Filter wurde in Fallstudie entfernt 3 und mit einem 4.75th harmonische Hochpassfilter ersetzt. Dieser Filter wurde auch entworfen, um Oberwellen zu vermeiden,.

Fallstudie 5

Der Filter bei BUS 2 in Fallstudie 4 wurde mit der Fassung 8.6 MVAr Kondensator und einem harmonischen 4.75th einfach abgestimmten Filter wurde von der Kompensationskondensator bei BUS konzipiert 5.

Fallstudie 6

Die einfach abgestimmten Filter aus Fallstudie 5 wurde mit einer 4.75th harmonische Hochpassfilter ersetzt.

Der Kurzschluss-Verhältnis wurde festgestellt, in der sein < 20 Kategorie für alle Fälle. Die Ergebnisse wurden auf dem PCC gespeichert.

7. Ergebnisse

Kondensatoren verursacht zwei Resonanzen in der Nähe der 5. und 11..

Abbildung 2. Impedanz Scan der Case Study 2 an der PCC durchgeführt

Andere Ober d. h.. 7th, 13th, 17ten und 19. fielen in den IEEE-Standard. 519 Grenzen. In Fig.. 2, die Prozent Verzerrungen (HDIN) von den 5. und 11. Oberschwingungsströme verursacht wird, kann gesehen werden. Abb.. 3 zeigt die Gesamtnachfrage Verzerrungen (TDDIch) bei PCC.

Abbildung 3. Vergleich der 5. und 11. (HDV) Ergebnisse von Fallstudien 1-6

Gesamtspannungsverzerrung (THDIN) von Spannungen an den PCC berechnet wird in gezeigt. 4.

Abbildung 4 zeigt die Gesamtnachfrage Verzerrungen (TDDI) bei PCC.

Abbildung 4. Vergleich von TDDI Ergebnisse von Fallstudien 1-6

Gesamtspannungsverzerrung (THDV) von Spannungen an den PCC berechnet wird, in der Abbildung gezeigt 5:

Abbildung 5. Vergleich von THDV Ergebnisse von Fallstudien 1-6

Impedanz-Scans wurden von Fallstudien genommen 2, 5 und 6. Der Unterschied in der Impedanz kann ersehen werden. 6.

Abbildung 6. Vergleich von Impedanz-Scans der Case Study 2, 3 und 4, an der PCC durchgeführt

Impedanz-Scans wurden von Case Study genommen 2, 5 und 6. Der Unterschied in der Impedanz in Figur ersichtlich 7:

Abbildung 7. Vergleich von Impedanz-Scans der Case Study 2, 5 und 6, an der PCC durchgeführt

8. Die Analyse der Ergebnisse

Fallstudien 1 und 2

Es kann von Fall-Studie gesehen werden 1 , dass das Netzwerk war kürzester harmonische Verzerrung in dem Netzwerk, bevor die Leistungsfaktor-Kondensatoren und der Kondensator, um die Spannung zu erhöhen Bus hinzugefügt. Die Kondensatoren im Fallstudie aufgenommen 2 verursacht Parallelresonanz in der Nähe der 5. und 11. harmonische Ordnung auftreten, in Abb.. 7. Die 5. und 11. Ströme durch Last injiziert 3 verursacht eine Wechselwirkung zwischen den Resonanzpunkten und den Strömen und verursacht eine harmonische Resonanz zu treten. Dies erhöht die 5. und 11. Spannungsverzerrungen und die 11. Stromverzerrungen, einschließlich der gesamten Nachfrage Verzerrung über dem IEEE-Standard. 519-1992 Begrenztheit.

Fallstudie 3 und 4

Die einfach abstimmbare und Hochpassfiltern durchgeführt fast genau denselben aufgrund der Verzerrungspegel verringert sie wie in den Figuren. 1 und 2. Die Resonanzpunkte wurden ebenfalls erfolgreich bewegt in zu sehen. 5, und es wurde erfolgreich zur Erhöhung der Bus-Spannungen des Systems und Verbesserung des Leistungsfaktors.

Fallstudien 5 und 6

Harmonic-Filter durchgeführt die gleiche wie die Filter in Fallstudien 3 und 4, auch aufgrund der in den Fig. verringert Verzerrungen. 2-4 und 7 dass fast genau die gleichen waren. Die Resonanzpeaks wurden erfolgreich wie in gezeigt verschoben. 6. Die Filter weiter den Leistungsfaktor für den Kunden am Bus benötigt bereitgestellt 5.