1. Introducción

La inquietud creciente sobre las distorsiones armónicas se deriva de la instalación y la aplicación de dispositivos electrónicos de potencia altamente no lineales, como VSD (variadores de velocidad) para controlar aparato de poder en la industria [1].

Cuando se suministra por una tensión de 50 Hz, una carga no lineal se basa corrientes armónicas que penetran en las redes que provocan distorsiones de forma de onda [2]. Las cargas inductivas absorben potencia reactiva. Instalación de condensadores en paralelo va a mejorar el factor de potencia, ya que proporcionan la potencia reactiva [3]. Voltajes de bus disminuyen debido al aumento de la demanda de carga. Es común para colocar estratégicamente las baterías de condensadores para ayudar a elevar el perfil de la tensión de nuevo a los valores nominales [4]. Los condensadores se utilizan para aumentar la tensión del bus y mejorar el factor de potencia pueden tener efectos nocivos en la red cuando los armónicos están presentes en el sistema, ya que pueden causar resonancia armónica que se produzca.

Resonancia paralelo se produce cuando las magnitudes de la reactancia capacitiva e inductiva son iguales. Si el pico resonante paralelo está alineada con la frecuencia de un armónico característica inyectado por la carga no lineal, alto voltaje y las corrientes pueden fluir que puede causar daños a los equipos en la red. El IEEE Std.. 519-1992 fue creado para ayudar al usuario a mantener estos tensión y distorsiones actuales dentro de un nivel aceptable en el PCC (punto de acoplamiento común).

Los niveles crecientes de distorsión en los sistemas de distribución pueden ser mejores contenidos por la instalación de filtros de armónicos en lugares estratégicos [5]. Los filtros de armónicos más utilizados son el filtro de paso alto y el filtro sintonizado sola. Refs. [6-8] discutir cómo la tensión y distorsiones actuales son llevados a niveles aceptables de acuerdo con la norma IEEE. 519-1992 usando filtros pasivos.

Si bien todos estos casos investigan una situación en la que hay un punto resonante paralelo causado por un condensador, ninguno de ellos se refiere un caso en el que hay dos condensadores en derivación situados en la red causando dos puntos resonantes en paralelo a ocurren. Por esta razón, se consideró necesaria la creación de una red que utiliza el software de simulación que pueden realizar estudios de armónicos y podría evaluar cuando se produce resonancia en paralelo si se instalan condensadores para la corrección del factor de potencia y la regulación de la tensión del bus y luego llegar a la mejor solución para reducir las distorsiones causadas por la resonancia usando filtros de armónicos. Las soluciones deben asegurarse de que el sistema está dentro de la tensión de Std.519-1992 IEEE y limitaciones actuales.

2. Declaración de la Investigación

El propósito de esta investigación es analizar un escenario donde se presentan dos puntos de resonancia en un sistema causado por condensadores de potencia. La tensión del bus se reduce a propósito por debajo de los NRS 048-2:2004 límite de tensión de 6% de manera que el condensador de derivación añadido para mejorar el límite de tensión al valor nominal junto con el condensador de factor de potencia conectados en el bus del consumidor provoca la resonancia en el sistema [9]. Un objetivo adicional es el diseño afinado individual y filtros de armónicas de paso alto para reducir las distorsiones armónicas causadas por la resonancia en paralelo debido a múltiples puntos resonantes. La tensión y distorsiones actuales no deben superar IEEE Std.. 519-1992 limitaciones en la PPC.

3. Metodología

Se simuló la red en DIgSILENT 14 software de fábrica de energía. Estudios de armónicos se llevaron a cabo primero sin condensadores y luego con condensadores presentes en la red. Filtros de paso alto y filtros de un solo sintonizado se instalaron en dos puntos diferentes en la red. Durante cada uno de los diferentes escenarios, el sistema fue verificada para determinar en que se produjo característica resonancia orden armónico. También se observaron La tensión y distorsiones actuales en el PCC para ver si entraba en el IEEE Std. 519-1992.

4. Antecedentes teóricos

4.1 Barra colectora de regulación de voltaje

Las tensiones de la barra se redujeron por debajo de NRS 048-2:2004 límite de tensión como se muestra en la Tabla 1 [9].

Mesa 1 NRS 048-2 límites de tensión.

4.2 Diseño de Filtros de armónicos

(1) Tamaño del condensador

El tamaño del condensador para los filtros debe ser determinada por la potencia reactiva necesaria para aumentar el factor de potencia de barras colectoras. La siguiente ecuación se utiliza para describir la relación entre la potencia activa y reactiva la hora de decidir el valor de capacitancia:

Qc es la potencia reactiva capacitiva total de. PF1 Se se añade y el factor de potencia antes de que el condensador PF2 se se añade el factor de potencia después del condensador. P es el poder power.Real reales se calcula:

*

donde: En = Tensión de fase, Yo = Corriente de fase; P = Potencia real y Q = Potencia reactiva.

(2) Filtro sintonizado Individual

Este tipo de filtro se compone de un condensador en serie con un reactor. El filtro de un solo sintonizado es bueno para atrapar un armónico específico. Da una parte o la totalidad de la potencia reactiva necesaria para la corrección del factor de potencia [6].

(3) Filtro de paso alto

El filtro consiste en un condensador en serie con una combinación de una resistencia y un reactor. Un filtro de paso alto es uno a través del cual pasan las frecuencias más altas [10].

(4) Ecuaciones de diseño Filtro Las fórmulas que figuran a continuación pueden utilizarse para diseñar un filtro de paso alto y un filtro de un solo sintonizado. La reactancia capacitiva (X_C):

La reactancia inductiva (XLa): X

Reactancia Característica (Xn):

Potencia reactiva del filtro (QF):

Resistencia-Single sintonizado (RS):

Resistencia de paso alto (RH):

donde: hn = Sintonía para; Q = Factor de Calidad.

(5) Factor de calidad

La Q-factor (factor de calidad) se determina por el valor de la resistencia del filtro y determina la nitidez de la frecuencia a la cual está sintonizado [11]. La Q-factor de de un filtro de un solo sintonizado es normalmente entre 30 y 100 [10]. Filtros de armónicos con una baja Q-factores como el filtro de paso alto tiene un factor Q entre 0.5 y 5 [10].

(6) Selección del orden de sintonización del filtro

Los filtros se sintonizan 3%-15% por debajo del orden armónico que se filtra [12].

4.3 Los cálculos de los límites de distorsión armónica

Individual distorsión de tensión armónica (HD_En):

Distorsión total armónica de tensión (THD_En):

Individual distorsión de corriente armónica (HDYo):

Distorsión total de la demanda (TDDYo):

donde:

Yoh = Magnitud de corriente armónica;

YoLa = Corriente de carga máxima demanda fundamental componente;

Yo1 = Corriente a la frecuencia fundamental (F1 = 50 HZ).

SCR (Informe de cortocircuito):

donde: YoSC = Corriente de cortocircuito en el PCC.

4.4 IEEE Std. 519-1992 Limitaciones

La norma recomienda restricciones de distorsiones armónicas medidos en el punto de acoplamiento común [13]. La mayoría de la cantidad de distorsión de la corriente armónica que un consumidor puede inyectar en la red de utilidad se especifica por el límite en la Tabla 2 [14, 15]. Sólo los datos necesarios para examinar los límites de distorsión en el PCC se muestran en las Tablas 2 y 3.

Mesa 2 IEEE STD 519-1992 límites de distorsión de corriente.

El suministro de una tensión sin distorsión limpia para los consumidores es la responsabilidad de la empresa [14]. Los clientes sólo pueden ser culpables de distorsionar el voltaje si no cumplen con los límites de corriente armónica [14]. Los límites de tensión armónicas se muestran en la Tabla 3 [15].

Mesa 3 IEEE STD 519-1992 límites de distorsión de voltaje.

5. Diagrama de una línea

La red investigada fue modelado en DIgSILENT 14 software de fábrica de energía. La red consta de tres cargas; uno es no lineal (VOD) con un espectro de armónicos se muestra en la Tabla 4.

Mesa 4 Espectro de armónicos de la carga 3.

BUS 3 es el PCC y los parámetros de red se dan en la Fig.. 1.

6. Los casos de simulación

Estudio de caso 1

La red de la figura. 1 fue modelado, simulado y se observó el PCC. También se registró el factor de potencia de los clientes y el voltaje en cada bus.

Estudio de caso 2

Un condensador con el valor de 8.6 MVAr estaba conectado al BUS 2 para aumentar las tensiones de barra de BUS 2 y BUS 5 y aumentar el factor de potencia del sistema desde 0.92 a 0.99. Otro condensador (0.9 MVAr) fue conectado en paralelo con la carga 3 para aumentar el factor de potencia de 0.88 a 0.97.

Estudio de caso 3

Un filtro sintonizado sencillo fue diseñado utilizando el condensador a BUS 2. El filtro se sintoniza 5% debajo de la orden de 5 º armónico es decir. 4.75ª. La idea principal era evitar armónicos en lugar de disminuir una específica. El condensador en BUS 5 todavía estaba conectado.

Estudio de caso 4

El filtro de un solo sintonizado se retiró al estudio de caso 3 y reemplazado con un filtro de paso alto de armónicos 4.75th. Este filtro también fue diseñado para evitar armónicos.

Estudio de caso 5

El filtro en BUS 2 en caso de estudio 4 fue reemplazado con el 8.6 Condensador MVAr y un filtro de una sola sintonía armónica 4.75th fue diseñado desde el condensador de corrección del factor de potencia en BUS 5.

Estudio de caso 6

El filtro de un solo afinado de estudio de caso 5 fue reemplazado con un filtro de paso alto de armónicos 4.75th.

La relación de cortocircuito se encontró que era en el < 20 categoría para todos los casos. Los resultados se registraron en el PCC.

7. Resultados

Condensadores causaron dos resonancias cerca de 5 ª y 11 ª.

Figura 2. Exploración Impedancia de Estudio de Caso 2 realizado en el PCC

Otros armónicos es decir. 7ª, 13ª, 17ª y 19 entraban en el IEEE Std. 519 límites. En la figura. 2, las distorsiones porcentuales (HDEn) causada por las corrientes armónicas quinto y 11 se puede ver. Higo. 3 muestra las distorsiones totales de la demanda (TDDYo) en el PCC.

Figura 3. Comparación de la 5 ª y 11 ª (HDV) resultados de los estudios de caso 1-6

La distorsión de tensión total (THDEn) calculada a partir de los voltajes en la PCC se muestra en la figura. 4.

Figura 4 muestra las distorsiones totales de la demanda (TDDI) en el PCC.

Figura 4. Comparación de los resultados de estudios de casos TDDi 1-6

La distorsión de tensión total (THDV) calculada a partir de los voltajes en la PCC se muestra en la figura 5:

Figura 5. Comparación de los resultados de estudios de casos THDV 1-6

Escáneres de impedancia fueron tomados de los estudios de caso 2, 5 y 6. La diferencia en la impedancia se puede ver en la figura. 6.

Figura 6. Comparación de exploraciones Impedancia de Estudio de Caso 2, 3 y 4, realizado en el PCC

Escáneres de impedancia se tomaron de Estudio de Caso 2, 5 y 6. La diferencia en la impedancia se puede ver en la figura 7:

Figura 7. Comparación de exploraciones Impedancia de Estudio de Caso 2, 5 y 6, realizado en el PCC

8. Análisis de los resultados

Estudios de caso 1 y 2

Se puede observar a partir de estudio de caso 1 que la red estaba al lado de ninguna distorsión armónica en la red, antes de que se añaden los condensadores del factor de potencia y el condensador para aumentar la tensión del bus. Los condensadores añadidas en caso de estudio 2 resonancia paralela causado a ocurrir cerca de la orden armónico 5 º y 11 º, visto en la figura. 7. Las corrientes de 5 º y 11 º inyectadas por la carga 3 causado una interacción entre los puntos resonantes y las corrientes y causó una resonancia armónica que se produzca. Este aumento de las distorsiones en el voltaje de 5 º y 11 º y las actuales distorsiones del 11, incluyendo la distorsión total de la demanda por encima de la norma IEEE. 519-1992 limitaciones.

Estudio de caso 3 y 4

El single-sintonizados y filtros de paso alto realizaron casi exactamente el mismo, debido a los niveles de distorsión que disminuyeron, como se muestra en las figuras. 1 y 2. Los puntos de resonancia también se trasladaron con éxito visto en la figura. 5, y no había éxito en el aumento de las tensiones de la barra del sistema y mejorar el factor de potencia.

Estudios de caso 5 y 6

Filtros de armónicos realizaron el mismo como los filtros en los estudios de casos 3 y 4, También debido a la disminución de distorsiones mostrados en las Figuras. 2-4 y 7 que eran casi exactamente el mismo. Los picos de resonancia también se trasladaron con éxito como se muestra en la figura. 6. Los filtros proporcionan aún más el factor de potencia necesaria para el cliente conectado a BUS 5.