लेखक: Sybrand Bester (ई मेल: bestersj@gmail.com) और गैरी एटकिंसन आशा (ईमेल: atkinsonhopeg@cput.ac.za) प्रौद्योगिकी के केप प्रायद्वीप विश्वविद्यालय, Belville 7539, दक्षिण अफ्रीका
इसी लेखक: गैरी एटकिंसन आशा, पीएच.डी., अनुसंधान क्षेत्रों: ग्राम रक्षा समिति और हार्मोनिक विश्लेषण, कम्प्यूटेशनल पढ़ाई. ई मेल: atkinsonhopeg@cput.ac.za.
ऊर्जा और विद्युत इंजीनियरिंग के जर्नल 6 (2012) 2018-2023
1. परिचय
हार्मोनिक विकृतियों से अधिक बढ़ unease के स्थापना और अत्यधिक गैर रेखीय बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के आवेदन की वजह से उपजी, SSD के जैसे (चर गति ड्राइव) उद्योग में सत्ता तंत्र को नियंत्रित करने के लिए [1].
के एक वोल्टेज द्वारा आपूर्ति कब 50 हर्ट्ज, एक गैर रेखीय लोड तरंग विकृतियों के कारण नेटवर्क घुसना कि हार्मोनिक धाराओं ड्रॉ [2]. आगमनात्मक लोड प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित. समानांतर capacitors की स्थापित कर रहा है बिजली का पहलू में सुधार होगा, वे प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रदान करते हैं, क्योंकि [3]. बस voltages के कारण लोड मांग की बढ़ती कमी. यह वापस नाममात्र मूल्यों के लिए वोल्टेज प्रोफाइल जुटाने में मदद करने के लिए जगह संधारित्र बैंकों रणनीतिक आम है [4]. The capacitors used to increase the bus voltage and improve the power factor can have harmful effects on the network when harmonics are present in the system as they can cause harmonic resonance to occur.
Parallel resonance occurs when the magnitudes of the capacitive and inductive reactance are equal. If the parallel resonant peak is aligned with the frequency of a characteristic harmonic injected by the non-linear load, high voltage and currents can flow which can cause damage to equipment in the network. The IEEE Std. 519-1992 was created to help the user keep these voltage and current distortions within an acceptable level at the PCC (point of common coupling).
वितरण प्रणाली में विरूपण के बढ़ते स्तर को सबसे अच्छा रणनीतिक स्थानों पर हार्मोनिक फिल्टर की स्थापना तक काबू किया जा सकता है [5]. सबसे अधिक इस्तेमाल किया हार्मोनिक फिल्टर उच्च पास फिल्टर और एकल tuned फिल्टर कर रहे हैं. Refs. [6-8] आईईईई एसटीडी के अनुसार वोल्टेज और मौजूदा विकृतियों स्वीकार्य स्तर तक नीचे लाया जाता है चर्चा कैसे. 519-1992 निष्क्रिय फिल्टर का उपयोग.
एक संधारित्र की वजह से एक समानांतर गुंजयमान बिंदु है जहां इन सभी मामलों को एक ऐसी स्थिति की जांच के दौरान, उनमें से कोई भी दो समानांतर गुंजयमान अंक घटित पैदा करने के लिए नेटवर्क में स्थित दो अलग धकेलना capacitors के कुछ कर रहे हैं, जहां एक मामले से संबंधित. इस कारण से, यह हार्मोनिक अध्ययन का संचालन कर सकते हैं कि सिमुलेशन सॉफ्टवेयर का उपयोग कर एक नेटवर्क बनाने के लिए आवश्यक समझा था और capacitors शक्ति कारक सुधार और बस वोल्टेज विनियमन के लिए स्थापित किया है और फिर की वजह से विकृतियों को कम करने के लिए सबसे अच्छा समाधान के साथ आ रहे हैं, तो समानांतर प्रतिध्वनि होती है जब मूल्यांकन कर सकता हार्मोनिक फिल्टर का उपयोग गूंज. समाधान प्रणाली आईईईई Std.519-1992 वोल्टेज और वर्तमान सीमाओं के भीतर है कि यह सुनिश्चित करना चाहिए.
2. रिसर्च वक्तव्य
इस शोध का उद्देश्य दो गुंजयमान अंक विद्युत Capacitors की वजह से एक प्रणाली में होते हैं जहां एक परिदृश्य की जांच करने के लिए है. बस वोल्टेज उद्देश्यपूर्ण एनआरएस नीचे उतारा है 048-2:2004 की वोल्टेज की सीमा 6% इसलिए अलग धकेलना संधारित्र उपभोक्ता बस में जुड़ा बिजली का पहलू संधारित्र के साथ एक साथ नाममात्र मूल्य के लिए वोल्टेज की सीमा में सुधार करने के लिए कहा है कि सिस्टम में प्रतिध्वनि का कारण बनता है [9]. एक अतिरिक्त उद्देश्य क्योंकि कई गुंजयमान अंक के समानांतर प्रतिध्वनि की वजह से हार्मोनिक विकृतियों को कम करने के लिए देखते एकल और उच्च पास हार्मोनिक फिल्टर डिजाइन करने के लिए है. वोल्टेज और मौजूदा विकृतियों आईईईई एसटीडी अधिक नहीं होनी चाहिए. 519-1992 पीपीसी पर सीमाएं.
3. क्रियाविधि
नेटवर्क DIgSILENT में नकली गया था 14 बिजली कारखाने सॉफ्टवेयर. सुरीले पढ़ाई पहली नेटवर्क में मौजूद capacitors के साथ फिर capacitors के बिना आयोजित किए गए थे और. उच्च पास फिल्टर और एकल देखते फिल्टर नेटवर्क में दो अलग-अलग स्थानों पर लगाए गए थे. विभिन्न परिदृश्यों के दौरान प्रत्येक, प्रणाली विशेषता हार्मोनिक आदेश प्रतिध्वनि हुई, जिस पर निर्धारित करने के लिए जाँच की थी. यह आईईईई कक्षा के भीतर गिर गए कि क्या पीसीसी में वोल्टेज और मौजूदा विकृतियों भी देखने के लिए मनाया गया. 519-1992.
4. सैद्धांतिक पृष्ठभूमि
4.1 Busbar वोल्टेज विनियमन
बस voltages के एनआरएस नीचे की कमी हुई गया 048-2:2004 तालिका में दिखाए अनुसार वोल्टेज की सीमा 1 [9].
तालिका 1 एनआरएस 048-2 वोल्टेज की सीमा.
4.2 सुरीले फ़िल्टर डिजाइन
(1) संधारित्र आकार
फिल्टर के लिए संधारित्र के आकार busbar बिजली का पहलू को बढ़ाने की जरूरत प्रतिक्रियाशील शक्ति द्वारा निर्धारित किया जाना चाहिए. निम्न समीकरण समाई के मूल्य तय करने के लिए जब सक्रिय और प्रतिक्रियाशील शक्ति के बीच संबंध का वर्णन करने के लिए प्रयोग किया जाता है:
क्यूसी कुल कैपेसिटिव प्रतिक्रियाशील शक्ति है. पीएफ1 संधारित्र से पहले बिजली का पहलू जोड़ा जाता है और पीएफ2 संधारित्र जोड़ा जाता है के बाद सत्ता कारक है. पी असली power.Real शक्ति द्वारा गणना की जाती है है:
*
जहां: में = चरण वोल्टेज, मैं = चरण चालू; पी = वास्तविक शक्ति और क्यू = प्रतिक्रियाशील शक्ति.
(2) एकल tuned फिल्टर
फिल्टर के इस प्रकार के एक रिएक्टर के साथ श्रृंखला में एक संधारित्र के होते हैं. एकल देखते फिल्टर एक विशिष्ट हार्मोनिक को फँसाने के लिए अच्छा है. यह शक्ति कारक सुधार के लिए आवश्यक एक हिस्से या सभी प्रतिक्रियाशील शक्ति देता है [6].
(3) उच्च पास फिल्टर
फिल्टर एक अवरोध और एक रिएक्टर का एक संयोजन के साथ श्रृंखला में एक संधारित्र के होते हैं. एक उच्च मार्ग फिल्टर के माध्यम से जो उच्च आवृत्तियों पारित एक है [10].
(4) फिल्टर डिजाइन एक उच्च पास फिल्टर और एक एकल देखते फिल्टर डिजाइन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है नीचे सूचीबद्ध फार्मूले समीकरण. Capacitive मुक़ाबला (एक्ससी):
आगमनात्मक मुक़ाबला (एक्सL): एक्स
विशेषता मुक़ाबला (एक्सएन):
फिल्टर का प्रतिक्रियाशील शक्ति (क्यूएफ):
एकल tuned रोकनेवाला (आरएस):
उच्च पास रोकनेवाला (आरएच):
जहां: घंटेएन = ट्यूनिंग आदेश; क्यू = गुणवत्ता कारक.
(5) गुणवत्ता कारक
The क्यू-फ़ैक्टर (गुणवत्ता कारक) फिल्टर रोकनेवाला की कीमत से निर्धारित है और यह देखते है जो आवृत्ति के तीखेपन को निर्धारित करता है [11]. The क्यू-एक भी देखते फिल्टर का कारक के बीच आम तौर पर है 30 और 100 [10]. एक कम के साथ सुरीले फिल्टर क्यू-उच्च पास फिल्टर की तरह कारक एक क्यू कारक के बीच है 0.5 और 5 [10].
(6) फिल्टर ट्यूनिंग आदेश का चयन
फिल्टर देखते हैं 3%-15% हार्मोनिक आदेश फ़िल्टर किया जा रहा नीचे [12].
4.3 सुरीले विरूपण सीमाएं के लिए गणना
व्यक्तिगत हार्मोनिक वोल्टेज विरूपण (HD हैमें):
कुल हार्मोनिक वोल्टेज विरूपण (THDमें):
व्यक्तिगत हार्मोनिक वर्तमान विरूपण (HD हैमैं):
कुल मांग विरूपण (TDDमैं):
जहां:
मैंघंटे = हार्मोनिक वर्तमान परिमाण;
मैंL = मौलिक घटक अधिकतम मांग लोड चालू;
मैं1 = मौलिक आवृत्ति पर वर्तमान (च1 = 50 हर्ट्ज).
द.म.रे. (शॉर्ट सर्किट अनुपात):
जहां: मैंअनुसूचित जाति = पीसीसी में शॉर्ट सर्किट चालू.
4.4 आईईईई एसटीडी. 519-1992 सीमाएं
मानक आम युग्मन के बिंदु पर मापा जाता है हार्मोनिक विकृतियों के लिए प्रतिबंध की सिफारिश की [13]. एक उपभोक्ता उपयोगिता नेटवर्क में इंजेक्षन कर सकते हैं हार्मोनिक वर्तमान विरूपण की सबसे अधिक राशि तालिका में सीमा द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है 2 [14, 15]. पीसीसी में विरूपण सीमा की जांच करने की जरूरत है केवल डेटा तालिकाओं में दिखाया जाता है 2 और 3.
तालिका 2 आईईईई एसटीडी 519-1992 वर्तमान विरूपण सीमा.
उपभोक्ताओं के लिए एक साफ undistorted वोल्टेज की आपूर्ति उपयोगिता की जिम्मेदारी है [14]. वे हार्मोनिक वर्तमान सीमा को पूरा नहीं करते हैं तो ग्राहकों को ही वोल्टेज विकृत करने का दोषी हो सकता है [14]. हार्मोनिक वोल्टेज सीमा तालिका में दिखाए जाते हैं 3 [15].
तालिका 3 आईईईई एसटीडी 519-1992 वोल्टेज विरूपण सीमा.
5. एक पंक्ति का आरेख
जांच नेटवर्क DIgSILENT में मॉडलिंग की थी 14 बिजली कारखाने सॉफ्टवेयर. नेटवर्क तीन भार के होते हैं; एक गैर रेखीय है (SSD के) तालिका में दिखाया गया है एक हार्मोनिक स्पेक्ट्रम के साथ 4.
तालिका 4 लोड के सुरीले स्पेक्ट्रम 3.
बस 3 पीसीसी और नेटवर्क मापदंडों छवि में दिया जाता है. 1.
6. सिमुलेशन मामले
मामले का अध्ययन 1
छवि में नेटवर्क. 1 मॉडलिंग की थी, नकली और पीसीसी मनाया गया. ग्राहकों की शक्ति का कारक है और प्रत्येक बस में वोल्टेज भी दर्ज की गई थी.
मामले का अध्ययन 2
के मूल्य के साथ एक संधारित्र 8.6 MVAr बस में जुड़ा था 2 बस की बस voltages के बढ़ाने के लिए 2 और बस 5 और इस प्रणाली की शक्ति का कारक से वृद्धि 0.92 से 0.99. एक और संधारित्र (0.9 MVAr) भार के साथ समानांतर में जुड़ा था 3 से बिजली का पहलू को बढ़ाने के लिए 0.88 से 0.97.
मामले का अध्ययन 3
एक एकल देखते फिल्टर बस में संधारित्र का उपयोग कर बनाया गया था 2. फिल्टर tuned गया था 5% 5 हार्मोनिक आदेश यानी नीचे. 4.75वें. मुख्य विचार harmonics के बचने के बजाय एक विशिष्ट एक कम करने के लिए किया गया था. बस में संधारित्र 5 अभी भी जुड़ा था.
मामले का अध्ययन 4
एकल देखते फिल्टर मामले का अध्ययन में हटा दिया गया था 3 और एक 4.75th हार्मोनिक उच्च पास फिल्टर के साथ बदल दिया. इस फिल्टर भी harmonics से बचने के लिए डिजाइन किया गया था.
मामले का अध्ययन 5
बस में फिल्टर 2 मामले का अध्ययन में 4 साथ बदल दिया गया था 8.6 MVAr संधारित्र और एक 4.75th हार्मोनिक ही देखते फिल्टर बस पर बिजली का पहलू सुधार संधारित्र से डिजाइन किया गया था 5.
मामले का अध्ययन 6
मामले का अध्ययन से ही देखते फिल्टर 5 एक 4.75th हार्मोनिक उच्च पास फिल्टर के साथ बदल दिया गया था.
शॉर्ट सर्किट के अनुपात में होना पाया गया < 20 सभी मामलों के लिए श्रेणी. परिणाम पीसीसी में दर्ज किए गए.
7. परिणाम
Capacitors 5 वीं और 11 वीं पास दो अनुनादों का कारण.
चित्रा 2. केस स्टडी के प्रतिबाधा स्कैन 2 पीसीसी में प्रदर्शन
अन्य harmonics अर्थात. 7वें, 13वें, 17वें और 19 वें आईईईई कक्षा के भीतर गिर गए. 519 सीमा. अंजीर में. 2, प्रतिशत विकृतियों (HD हैमें) 5 वीं की वजह से और 11 वीं हार्मोनिक धाराओं देखा जा सकता है. अंजीर. 3 कुल मांग विकृतियों से पता चलता है (TDDमैं) पीसीसी में.
चित्रा 3. 5 वीं और 11 वीं की तुलना (इस HDV) मामले के अध्ययन के परिणाम 1-6
कुल वोल्टेज विरूपण (THDमें) पीसीसी में voltages के से गणना की छवि में दिखाया गया है. 4.
चित्रा 4 कुल मांग विकृतियों से पता चलता है (TDDI) पीसीसी में.
चित्रा 4. मामले के अध्ययन के TDDI परिणामों की तुलना 1-6
कुल वोल्टेज विरूपण (THDV) पीसीसी में voltages की गणना से आंकड़े में दिखाया गया है 5:
चित्रा 5. मामले के अध्ययन के THDV परिणामों की तुलना 1-6
प्रतिबाधा स्कैन मामले के अध्ययन से लिया गया 2, 5 और 6. प्रतिबाधा में अंतर छवि में देखा जा सकता है. 6.
चित्रा 6. केस स्टडी के प्रतिबाधा स्कैन की तुलना 2, 3 और 4, पीसीसी में प्रदर्शन
प्रतिबाधा स्कैन केस स्टडी के लिए ले जाया गया 2, 5 और 6. प्रतिबाधा में अंतर संख्या में देखा जा सकता है 7:
चित्रा 7. केस स्टडी के प्रतिबाधा स्कैन की तुलना 2, 5 और 6, पीसीसी में प्रदर्शन
8. परिणामों का विश्लेषण
मामले के अध्ययन 1 और 2
यह मामले का अध्ययन से देखा जा सकता है 1 नेटवर्क नेटवर्क में कोई हार्मोनिक विरूपण के बगल में था कि, बिजली का पहलू capacitors और बस वोल्टेज बढ़ाने के लिए संधारित्र पहले जोड़ा गया. capacitors के मामले का अध्ययन में जोड़ा 2 वजह से समानांतर गूंज 5 वीं और 11 वीं हार्मोनिक आदेश के पास होने के लिये, छवि में देखा. 7. लोड द्वारा इंजेक्शन के 5 वीं और 11 वीं धाराओं 3 गुंजयमान अंक और धाराओं के बीच एक संवाद के कारण होता है और घटित करने के लिए एक हार्मोनिक प्रतिध्वनि का कारण. यह 5 वीं और 11 वीं वोल्टेज विकृतियों और 11 वीं वर्तमान विकृतियों वृद्धि हुई, आईईईई कक्षा से ऊपर की कुल मांग विरूपण सहित. 519-1992 सीमाएं.
मामले का अध्ययन 3 और 4
अंजीर में दिखाया गया के रूप में देखते-एकल और उच्च पास फिल्टर के कारण वे कमी आई विरूपण स्तर तक लगभग वैसा ही प्रदर्शन किया. 1 और 2. गुंजयमान अंक भी सफलतापूर्वक छवि में देखा चले गए थे. 5, और इस प्रणाली के बस voltages की बढ़ रही है और बिजली का पहलू में सुधार लाने में सफलता नहीं थी.
मामले के अध्ययन 5 और 6
सुरीले फिल्टर मामले के अध्ययन में फिल्टर के रूप में ही प्रदर्शन किया 3 और 4, अंजीर में दिखाया गया कमी आई विकृतियों के कारण भी. 2-4 और 7 कि लगभग वैसा ही थे. छवि में दिखाया गया के रूप में सुनाई देती है चोटियों भी सफलतापूर्वक चले गए थे. 6. फिल्टर आगे बस से जुड़ा ग्राहक की जरूरत के लिए बिजली का पहलू प्रदान की 5.
9. निष्कर्ष
इस पत्र में दो समानांतर गुंजयमान अंक प्रणाली में मौजूद हैं जब उपयोगिता पर और उपभोक्ता अंत में देखते एकल और उच्च पास हार्मोनिक फिल्टर का आवेदन प्रस्तुत किया गया है. पीसीसी में देख रहे हैं, जब ग्राहक पक्ष में हार्मोनिक फिल्टर का अधिष्ठापन हार्मोनिक विरूपण सीमा को पूरा करने में अधिक कारगर साबित हुई हार्मोनिक विकृतियों को दूर करने के लिए. इस पत्र में भी हार्मोनिक पैठ पढ़ाई DIgSILENT शक्ति सॉफ्टवेयर का उपयोग किया जा सकता है साबित कर दिया कि. It is recommended that more research should be done when there are three or multiple resonant points present in the network that resonate with characteristic harmonic numbers and to see how harmonic filters would decrease distortion levels when unacceptable distortions are observed at the PCC.
Acknowledgments
This work was supported by the Electricity Supply Commission of South Africa (Eskom) under a Tertiary Education Support Grant 2010.
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