Harmonics पीढ़ी, प्रचार और गैर रेखीय भार में शुद्धीकरण तकनीक

Hadeed अहमद शेर¹, खालिद ई. Addoweesh ¹ और यासीन खान²

^[1] इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग, राजा सउद विश्वविद्यालय, रियाध, सऊदी अरब

^[2] इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग, राजा सउद विश्वविद्यालय, रियाध, विद्युत पावर में सऊदी ArabiaSaudi आरामको चेयर, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग, राजा सउद विश्वविद्यालय, रियाध,

1. परिचय

औद्योगिक क्रांति उन्नत तकनीकी सुधार के साथ पूरे जीवन को बदल दिया है. औद्योगिक क्रांति में बड़ा योगदान दुनिया भर में विद्युत उपयोगिताओं के माध्यम से वितरित किया जाता है कि बिजली की उपलब्धता की वजह से है. इस संदर्भ में बिजली की गुणवत्ता की अवधारणा को सुरक्षा के लिए उपयोगकर्ता के "मूल अधिकार" के रूप में के रूप में अच्छी तरह से उनके उपकरणों की निर्बाध काम के लिए उभर रहा है. घरेलू या औद्योगिक चाहे बिजली उपयोगकर्ताओं, शक्ति की जरूरत है, glitches से मुक्त, विकृतियों, झिलमिलाहट, शोर और कटौती. उपयोगिता वे सिस्टम के लिए बिजली की गुणवत्ता खतरों का उत्पादन नहीं करते तो यह है कि उपयोगकर्ताओं को अच्छी गुणवत्ता वाले उपकरणों का उपयोग करें कि इच्छाओं. इस औद्योगिक दुनिया में बिजली इलेक्ट्रॉनिक आधारित उपकरणों का उपयोग ईंधन और बिजली की बचत की अवधि में इनाम बचा लिया गया है, लेकिन दूसरी तरफ कारण harmonics की पीढ़ी के लिए समस्या पैदा कर दी. दोनों वाणिज्यिक और घरेलू उपयोगकर्ताओं हार्मोनिक वर्तमान आकर्षित कि पावर इलेक्ट्रॉनिक्स आधारित स्विचिंग के साथ उपकरणों का उपयोग. यह वर्तमान संगत रूप से प्रदूषित voltages के उत्पादन में एक प्रमुख कारक है. उपयोगकर्ता के "मूल अधिकार" एक स्वच्छ बिजली की आपूर्ति करने के लिए है, उपयोगिता की मांग अच्छी गुणवत्ता के साधन / उपकरण के लिए है, जबकि. इस बिजली की गुणवत्ता दोनों उपयोगकर्ताओं के लिए साझा हित के एक बिंदु के रूप में अच्छी तरह से उपयोगिता बनाता है. बिजली की गुणवत्ता डोमेन के भीतर एक गर्म विषय जा रहा harmonics तैयार कर लिया है और एक संगत रूप से मुफ्त बिजली की आपूर्ति बनाए रखने के लिए विभिन्न अंतरराष्ट्रीय संगठनों और संस्थाओं द्वारा प्रकाशित किया गया है दशकों और कई डिजाइन मानकों के बाद चर्चा के एक क्षेत्र को दिया गया है. एक व्यापक परिदृश्य में, संगत रूप से मुक्त वातावरण में वे ट्रांसफार्मर सहित बिजली प्रणाली के घटकों को कोई नुकसान का कारण नहीं है कि इतनी उपकरणों और सिस्टम में अपनी उपस्थिति द्वारा उत्पन्न harmonics के स्वीकार्य सीमा में ही सीमित है इसका मतलब है कि, इंसुलेटर, स्विच गियर आदि. यह मुख्य कारगर बनाने के लिए आता है और प्रणाली संयुक्त राष्ट्र के स्थिरता का एक संभावित कारण हो जाता है इससे पहले पावर सिस्टम की ढील उनकी पीढ़ी के बहुत अंत में harmonics के शुद्ध करने के लिए उपयोगिताओं के लिए मजबूर कर रहा है. harmonics के नियंत्रण के लिए संभव तीन चरण योजना है

Harmonics के स्रोतों की पहचान
Harmonics के स्तर का मापन
संभव मिटाने तकनीक

बिजली कम्पनियों आर उपर्युक्त योजना का पालन करें&अनुमति दी सीमाओं के भीतर harmonics के स्तर को बनाए रखने के लिए निरंतर अनुसंधान में शामिल कर रहे हैं कि डी वर्गों. अनुसंधान के एक निरंतर क्षेत्र में किया गया है कि बिजली की आवृत्ति harmonics समस्याएं हैं:

संगत रूप से प्रदूषित वातावरण में पावर फैक्टर सुधार
इन्सुलेशन समन्वय प्रणाली की विफलता
तरंग विरूपण
ट्रांसफार्मर की डी-रेटिंग, केबलों, और शक्ति कारक सुधार के capacitors-स्विच गियर

जैसा कि ऊपर उल्लेख अनुसंधान चुनौतियों harmonics के नियंत्रण के लिए मानकों को डिजाइन करने और लागू करने पर ज्यादा ध्यान केंद्रित कर रहे हैं कि नियामक निकायों की मदद से coped कर रहे हैं. आईईईई की तरह इंजीनियरिंग consortiums, आईईटी, और आईईसी harmonics के लिए स्वीकार्य सीमा का वर्णन है कि मानकों तैयार की है. आकलन, माप, harmonics के विश्लेषण और purging तकनीक बिजली की गुणवत्ता में इंजीनियरों की एक फर्म पकड़ की जरूरत है कि एक महत्वपूर्ण तनाव क्षेत्र हैं. आज के समय मेँ, अलग के लिए वाई-Δ कनेक्शन की तरह पारंपरिक तरीकों से 3^{तीसरी} हार्मोनिक दमन, कृत्रिम खुफिया तकनीक पर आधारित आधुनिक तरीकों को दबाने के लिए और एक बेहतर फैशन में harmonics के शुद्ध करने के लिए उपयोगिता इंजीनियरों एड्स. आधुनिक दृष्टिकोण शामिल:

फजी लॉजिक सक्रिय harmonics के फिल्टर आधारित
Waveforms के विश्लेषण के लिए तरंगिका तकनीक
पावर इलेक्ट्रॉनिक्स स्विच की स्विचिंग के लिए अत्याधुनिक PWM तकनीक

इस अध्याय का ध्यान केंद्रित है harmonics पीढ़ी के सभी संभव स्रोतों की व्याख्या करने के लिए है, harmonics की पहचान, उनके माप स्तर के साथ ही उनके मिटाने / दमन तकनीक. इस अध्याय में सामान्य रूप से सभी बिजली के इंजीनियरों और विशेष रूप से उपयोगिता इंजीनियरों के लिए उपयोगी हो जाएगा.

2. Harmonics क्या हैं?

बिजली के सत्ता में कार्यकाल harmonics के इंजीनियरिंग प्रणाली की आवृत्ति की एक बहु है कि एक sinusoidal तरंग को संदर्भित करता है. इसलिए, तीन बार मौलिक तीसरे harmonics के रूप में जाना जाता है जो आवृत्ति; पांच बार मौलिक पांचवें हार्मोनिक है; इत्यादि. एक प्रणाली के harmonics का उपयोग करते हुए आम तौर पर परिभाषित किया जा सकता है EQ. 1

ओर hfac =

कहां च_घंटे ज रहा है^वें हार्मोनिक और च_और प्रणाली के मौलिक आवृत्ति है.

Harmonics अर्थ में एक उलटा कानून का पालन करें कि एक विशेष हार्मोनिक आवृत्ति के अधिक से अधिक हार्मोनिक स्तर, के रूप में दिखाया कम अपने आयाम है Fig.1. इसलिए, आमतौर पर बिजली लाइन harmonics में उच्च आदेश harmonics के ज्यादा महत्व नहीं दिया जाता है. महत्वपूर्ण और सबसे अधिक परेशानी harmonics के इस प्रकार हैं 3^{तीसरी}, 5^वें, 7^वें, 9^वें, 11^वें और 13^वें. harmonics के waveforms के सामान्य अभिव्यक्ति में दी गई है EQ. 2

वी.एन. = Vrnsin (nωt)

जहां, में_{आर.एन.} किसी विशेष आवृत्ति के आरएमएस वोल्टेज है (हार्मोनिक या बिजली लाइन).

मौलिक आवृत्ति की अजीब गुणकों अजीब harmonics के रूप में जाना जाता है और मौलिक आवृत्ति के भी कई गुना कर रहे हैं कि उन यहां तक कि harmonics के रूप में कहा जाता है कि harmonics. अजीब और भी harmonics के बीच में हैं आवृत्तियों कि अंतर-harmonics कहा जाता है.

हालांकि, किसी भी सत्ता उपयोगिता के लिए आदर्श मांग एसी सिस्टम में sinusoidal धाराओं और voltages के लिए है, इस होनहार सभी समय के लिए नहीं है, व्यवहार में होती है जटिल waveforms के साथ धाराओं और voltages. इस प्रकार इस तरह के उपकरणों के द्वारा उत्पन्न किसी भी जटिल तरंग मौलिक और harmonics का एक मिश्रण है. इसलिए, एक संगत रूप से प्रदूषित प्रणाली भर में वोल्टेज संख्यानुसार में व्यक्त किया जा सकता है EQ. 3,

वी = Vfpsin(ωt φ1)+ V2psin(2ωt φ2)+ V3psin(3ωt φ3)+ Vnpsin(nωt φn)

जहां,

में_एफपी = मौलिक आवृत्ति के शिखर मूल्य

में_{उदाहरण के लिए,}= N के शिखर मूल्य^वें हार्मोनिक घटक

सम्मान आवृत्ति की φ = कोण

चित्रा 1.

फंडामेंटल और harmonics आवृत्ति waveforms

उसी प्रकार, एक संगत रूप से प्रदूषित प्रणाली में एक दिया सर्किट के माध्यम से वर्तमान के लिए अभिव्यक्ति में दी गई अभिव्यक्ति द्वारा दिया जाता है EQ. 4

मैं = Ifpsin(ωt φ1)+ I2psin(2ωt φ2)+ I3psin(3ωt φ3)...... Inpsin(nωt φn)

सुरीले घटक भी सकारात्मक रूप में कहा जाता है, नकारात्मक और शून्य अनुक्रम. इस मामले में मौलिक के साथ बदलता है कि harmonics के सकारात्मक कहा जाता है और मौलिक के साथ विपरीत phasor दिशा उन है कि नकारात्मक अनुक्रम घटकों कहा जाता है. शून्य घटकों किसी भी मौलिक से प्रभावित करते हैं और अपने व्यवहार में तटस्थ माना जाता है नहीं लेते. Phasor दिशा मोटर्स के मामले में बहुत ज्यादा महत्वपूर्ण है. सकारात्मक अनुक्रम घटक उचित दिशा में मोटर ड्राइव के लिए जाता है. नकारात्मक अनुक्रम घटक उपयोगी टोक़ कम हो जाती है, जबकि. The 7^वें, 13^वें, 19^वें आदि. सकारात्मक अनुक्रम घटक हैं. नकारात्मक अनुक्रम घटक हैं 5^वें, 11^वें, 17^वें इत्यादि. शून्य घटक harmonics के हैं 3^{तीसरी}, 9^वें, 15^वें आदि. Harmonics के आयाम इसलिए हार्मोनिक क्रम में वृद्धि के साथ कम हो जाती है, पावर सिस्टम्स में उपयोगिताओं अप करने के लिए harmonics के बारे में अधिक चिंतित हैं 11^वें आदेश केवल.

3. Harmonics पीढ़ी

अधिकांश मामलों में वोल्टेज में harmonics के वर्तमान harmonics का एक सीधा उत्पाद है,. इसलिए, वर्तमान harmonics के harmonics पीढ़ी का वास्तविक कारण है. एक लोड एक sinusoidal वोल्टेज से एक गैर रेखीय वर्तमान ड्रॉ जब पावर लाइन harmonics उत्पन्न कर रहे हैं. आजकल सभी कंप्यूटरों स्विच मोड विद्युत आपूर्ति का उपयोग (एसएमपीएस) कि धर्मांतरित उपयोगिता एसी वोल्टेज आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए कम वोल्टेज डीसी विनियमित करने के लिए. ये बिजली की आपूर्ति रैखिक बिजली की आपूर्ति की तुलना में उच्च क्षमता है और बहुत कुछ अन्य लाभ भी है. लेकिन सिद्धांत स्विचन के आधार पर किया जा रहा है, इन गैर रेखीय बिजली की आपूर्ति उच्च आयाम कम दालों में वर्तमान आकर्षित. इन दालों harmonics में अमीर हैं और प्रणाली प्रतिबाधा भर में वोल्टेज ड्रॉप का उत्पादन. इस प्रकार, के रूप में दिखाया है कि यह मुख्य एसी स्रोत के साथ श्रृंखला में कई छोटे वोल्टेज स्रोतों बनाता है Fig.2. यहाँ में Fig.2 मैं₃ गैर रेखीय लोड द्वारा तैयार वर्तमान के तीसरे हार्मोनिक घटक को संदर्भित करता है, मैं₅ इतने पर वर्तमान और लोड के पांचवें हार्मोनिक घटक है. आर लाइन का वितरित प्रतिरोध से पता चलता है और वोल्टेज के सूत्रों कारक ऊपर बताया विस्तृत करने के लिए दिखाए जाते हैं. इसलिए, इन छोटी वर्तमान दालों बिजली के वर्तमान और वोल्टेज लहर आकार में महत्वपूर्ण विकृति पैदा. आकार में यह विकृति एक हार्मोनिक विरूपण के रूप में जाना जाता है और इसकी माप कुल सुरीले विरूपण की अवधि में किया जाता है (THD). इस विरूपण शक्ति के स्रोत में वापस यात्रा और एक ही स्रोत से जुड़े अन्य उपकरणों को प्रभावित कर सकते हैं. व्यवस्था में कहीं भी स्थापित किसी भी एसएमपीएस उपकरण में स्थापित यह निरंतर उपयोगिता प्रणाली पर एक अतिरिक्त भार डालता है कि शक्ति के स्रोत के विरूपण और घटकों उत्पन्न करने के लिए एक अंतर्निहित संपत्ति है. Harmonics भी औद्योगिक setups में स्थापित बिजली ड्राइव और डीसी डीसी कन्वर्टर्स द्वारा उत्पादित कर रहे हैं. निर्बाध विद्युत आपूर्ति (यूपीएस) और कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट लैंप (सीएफएल) यह भी एक प्रणाली में harmonics का एक प्रमुख स्रोत हैं. एक पावर इलेक्ट्रॉनिक्स कनवर्टर से आम तौर पर उच्च अजीब harmonics परिणाम. सारांश में, harmonics के एक बिजली के नेटवर्क के द्वारा उत्पादित कर रहे हैं [2, 16, 26, 42]

रेक्टीफायर्स
बिजली ट्रांसफार्मर में लोहे की कोर का प्रयोग करें
वेल्डिंग उपकरण
चर गति ड्राइव
वोल्टेज और धाराओं के आवधिक स्विचिंग
गैर sinusoidal हवा खाई द्वारा एसी जनरेटर, प्रवाह वितरण या दांत लहर
एसएमपीएस तरह स्विचिंग उपकरणों, यूपीएस और सीएफएल

ऐसा लगता है कि वोल्टेज harmonics के कारण एक एसी जनरेटर के लिए सीधे उभर सकते हैं यहाँ उल्लेख के लायक है, कारण एक गैर sinusoidal हवा खाई को, प्रवाह वितरण, या दांत लहर को, स्लॉट्स के प्रभाव के कारण होता है जो, जो घर के windings. बड़े आपूर्ति प्रणालियों में, सबसे बड़ी देखभाल जनरेटर से एक sinusoidal उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए लिया जाता है, लेकिन इस मामले में भी सर्किट में किसी भी गैर linearity वर्तमान तरंग में harmonics को जन्म देगा. Harmonics के कारण भी ट्रांसफार्मर में लोहे की कोर करने के लिए उत्पन्न किया जा सकता है. ऐसे ट्रांसफॉर्मर कोर एक गैर रेखीय बिहार की अवस्था है [37].

चित्रा 2.

कारण गैर रेखीय चालू करने के लिए वोल्टेज विरूपण

4. Harmonics के साथ जुड़ी समस्याओं

संगत रूप से प्रदूषित प्रणाली अपनी स्थिरता के लिए कई खतरों है. यह बिजली की गुणवत्ता बाधित न केवल (PQ) लेकिन जब एक मौजूदा harmonics के मामले में समृद्ध है, कुछ डिवाइस के द्वारा तैयार की है, यह प्रणाली overloads. उदाहरण के लिए तीसरे हार्मोनिक वर्तमान अन्य हार्मोनिक घटक के विपरीत यह प्रणाली के तटस्थ तार में इजाफा होता है कि एक संपत्ति है. इस सर्किट ब्रेकर की झूठी ट्रिपिंग में यह परिणाम. यह भी तटस्थ केबल के इन्सुलेशन को प्रभावित करता है. कारण संगत रूप से प्रदूषित चालू करने के लिए केबल की ओवरलोडिंग तारों के साथ जुड़े नुकसान बढ़ जाती है. यह भी मौलिक घटक से ही सत्ता उपयोगी शक्ति है कि ध्यान में रखा जाना चाहिए, बाकी सभी नुकसान कर रहे हैं. इन अतिरिक्त घाटा अधिक बिजली नुकसान में परिणाम है कि बिजली का पहलू गरीब बनाने. बिजली व्यवस्था में harmonics के समग्र संक्षेप प्रभाव निम्नलिखित शामिल [9, 18, 39]

शक्ति कारक सुधार capacitors के साथ जब संयुक्त सुरीले आवृत्तियों गुंजयमान हालत पैदा कर सकता है
ट्रांसफार्मर और उत्पादन संयंत्रों सहित प्रणाली तत्वों में बढ़ता घाटा
इन्सुलेशन के बूढ़े
संचार व्यवस्था में व्यवधान
सर्किट तोड़ने की झूठी ट्रिपिंग
तटस्थ तारों में बड़ी धाराओं

वितरण ट्रांसफार्मर एक Δ वाई कनेक्शन है. एक बेहद तीसरे हार्मोनिक वर्तमान के मामले में तटस्थ कंडक्टर में फंस गया है कि वर्तमान ट्रांसफार्मर के अंदर गर्मी बढ़ जाती है कि गर्मी पैदा करता है. यह कम जीवन और ट्रांसफार्मर के डी-रेटिंग के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. हार्मोनिक के विभिन्न प्रकार के बिजली व्यवस्था पर अपने स्वयं के प्रभाव पड़ता है. उदाहरण के लिए हमें विचार करें 3^{तीसरी} लयबद्ध. सभी तीन चरणों का योग एक तटस्थ प्रणाली में शून्य है जहां संतुलित तीन चरण प्रणाली के विपरीत, सभी तीन चरणों के तीसरे हार्मोनिक समान है. तो यह तटस्थ तार में इजाफा होता है. एक ही ट्रिपल-एन harmonics पर लागू होता है (अजीब गुणकों 3 बार की तरह मौलिक 9^वें, 15^वें आदि). ये हार्मोनिक धाराओं झूठी ट्रिपिंग और पृथ्वी गलती संरक्षण रिले की विफलता का मुख्य कारण हैं. उन्होंने यह भी है कि यह उस में तीसरे हार्मोनिक प्रदूषण है अगर तटस्थ तार में गर्मी इस प्रकार एक प्रणाली एक मोटा तटस्थ तार की जरूरत है उत्पादन. एक मोटर इसमें तीसरे हार्मोनिक सामग्री के साथ एक वोल्टेज तरंग की आपूर्ति की जाती है, तो, यह केवल अतिरिक्त घाटे का विकास होगा, उपयोगी शक्ति मौलिक घटक से ही आता है.

5. Harmonics निगरानी मानकों

एसी बिजली नेटवर्क में एक समस्या के रूप में harmonics की पहचान, harmonics के निगरानी और मूल्यांकन के लिए मानकों को वसीयत करने के लिए सुविधाएं और नियामक अधिकारियों मजबूर कर दिया है. हार्मोनिक नियंत्रण के लिए मानकों को इस प्रकार उपभोक्ताओं और उपयोगिता दोनों का पता. इसलिए, अगर ग्राहक नियमों से बंधे नहीं है और आम युग्मन के बिंदु पर वोल्टेज विरूपण पैदा कर रही है उपयोगिता उसे दंडित कर सकते हैं / उसे,,en,आईईईई जैसे विभिन्न प्रसिद्ध इंजीनियरिंग संस्थानों,,en,आईईसी और आईईटी ग्रिड में हार्मोनिक सामग्री के इंजेक्शन सीमित करने के लिए कानून तैयार किया है,,en,इन मानकों को ज्यादातर एक उपयोगकर्ता के अनुकूल स्वस्थ शक्ति गुणवत्ता प्रणाली को प्राप्त करने के सहायक होते हैं,,en,आईईईई मानकों को व्यापक रूप में उनकी क्षमता का दुनिया में सभी क्षेत्रों को संबोधित करने के लिए उद्धृत किया जाता है,,en,इससे ज़्यादा हैं,,en,इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग क्षेत्रों पर आईईईई मानक,,en,बिजली की गुणवत्ता पर आईईईई मानक,,en,हमारे मुख्य प्रेरणा यहाँ हैं,,en,बिजली व्यवस्था में हार्मोनिक नियंत्रण पर आईईईई मानक में प्रकाशित हुआ था,,en,और यह हार्मोनिक्स से संबंधित सभी पहलुओं को शामिल किया,,en,यह परिभाषित करता है अधिकतम हार्मोनिक्स अप करने के लिए विरूपण,,en,वितरण और पीढ़ी,,en. Various renowned engineering institutes like IEEE, IEC and IET have devised laws to limit the injection of harmonic content in the grid. These standards are mostly helpful to achieve a user friendly healthy power quality system. IEEE standards are widely cited for their capability to address all the regions in the world. There are more than 1000 IEEE standards on electrical engineering fields. IEEE standards on power quality, तथापि, are our main inspiration here. IEEE standard on harmonic control in electrical power system was published in 1992 and it covers all aspects related to harmonics [7]. It defines the maximum harmonics distortion up to 5 % वोल्टेज स्तरों पर ≤ 69kV. तथापि, के रूप में वोल्टेज स्तरों इस मानक में हार्मोनिक्स के लिए स्वीकार्य सीमा बढ़ रहे हैं करने के लिए कम कर रहे हैं 1.5 % सभी वोल्टेज ≥ पर 161 केवी. यह भी है कि व्यक्ति वोल्टेज विरूपण से शुरू होता है उल्लेख योग्य है 3 % और पर समाप्त होता है 1.0 % ≤ 69kV और ≥ की वोल्टेज स्तर के लिए 161 केवी क्रमशः. मानकों है कि वैश्विक आवश्यकताओं ध्यान में रखते हुए तैयार कर रहे हैं इसके अलावा, क्षेत्रीय अधिकारियों को उनके लोड प्रोफ़ाइल और जलवायु परिस्थितियों के अनुसार अपने स्वयं के मानकों वसीयत. जबकि कुछ वैश्विक जरूरतों और आवश्यकताओं के आधार पर कर रहे हैं मानकों के अधिकांश देश के क्षेत्रीय आवश्यकताओं के अनुसार किया जाता है. सऊदी अरब में एक नियामक संस्था है कि अनुमेय सीमा और बिजली ट्रांसमिशन के लिए मानक संचालन प्रक्रियाओं को परिभाषित करता है वहां मौजूद, distribution and generation. यह शरीर बिजली और सह-उत्पादन नियामक प्राधिकरण के रूप में जाना जाता है,,en,इसके अलावा मानकों तैयार करने से वे भी कुछ संयुक्त अरब अमीरात बिजली वितरण कंपनियों द्वारा परिभाषित मानकों का पालन,,en,ऐसा ही एक मानक सऊदी इलेक्ट्रिक कंपनी द्वारा परिभाषित किया गया,,en,एसईसी,,en,और के रूप में "सऊदी ग्रिड कोड" में जाना जाता है,,en,हार्मोनिक्स सऊदी अधिकारियों द्वारा निर्धारित सीमा लगभग आईईईई मानक के रूप में, लेकिन का एक सा लचीला सीमा के साथ एक ही है,,en,सभी नेटवर्क 22kV-400kV की सीमा के भीतर संचालन के लिए THD,,en,आईईईई मानक तुलना,,en,अबू धाबी वितरण कंपनी और हार्मोनिक्स के लिए एसईसी मानक बिजली नेटवर्क में सीमित कर,,en,ऐसा नहीं है कि हार्मोनिक्स नियंत्रित करने के लिए आईईईई मानक स्थितियों जहां एक प्रणाली अंतर-हार्मोनिक्स के साथ प्रदूषित कर रहा है के लिए चुप है उल्लेख करने के लिए दिलचस्प है,,en,अग्रिम में वर्तमान गलती,,en [38]. Apart from devising standards they also follow some standards defined by UAE power distribution companies. One such standard defined by Saudi Electric Company (SEC) में 2007 and is known as “Saudi Grid Code”. Harmonics limit set by the Saudi authorities is almost the same as IEEE standard but with a bit flexible limit of 3% THD for all networks operating within the range of 22kV-400kV [35, 38]. तालिका 1 compares the IEEE standard, the Abu Dhabi distribution company and the SEC standard for the harmonics limit in the electric network. It is interesting to mention that IEEE standard for controlling harmonics is silent for the conditions where a system is polluted with inter-harmonics (मौलिक आवृत्ति के गैर पूर्णांक आवृत्तियों). इस तरह की स्थितियों के लिए बिजली उपयोगिताओं आईईसी मानक संख्या 61000-2-2.The आईईसी भी मानक संख्या में विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए श्रेणियों को परिभाषित का उपयोग 61000-3-2. इसके बाद ये डिवाइस THD के विभिन्न स्वीकार्य सीमा के अधीन हैं. उदाहरण के लिये, वर्ग एक सभी तीन चरण संतुलित उपकरण है, गैर पोर्टेबल उपकरण, ऑडियो उपकरण, केवल तापदीप्त दीपक के लिए dimmers. वर्ग एक के लिए सीमा हार्मोनिक आदेश के अनुसार अलग है. तो वर्ग एक के उपकरणों के लिए अधिकतम स्वीकार्य हार्मोनिक वर्तमान है 1.08 के लिए एक 2^{एन डी}, 2.3के लिए एक 3^{तीसरी}, 0.43के लिए एक 4^वें, 1.14के लिए एक 5^वें harmonics. इस आईईसी मानक के सौंदर्य यह भी शक्ति कारक के लिए पूरा करता है कि है. उदाहरण के लिए वर्ग सी के सभी उपकरणों (प्रकाश उपकरण तापदीप्त दीपक मद्धम के अलावा अन्य) है 3^{तीसरी} सर्किट बिजली कारक के एक समारोह के रूप में हार्मोनिक वर्तमान सीमा.

	स्टैंडर्ड एसईसी	अबू धाबी वितरण कंपनी	आईईईई सीमाएं
Harmonics	THD सीमा नहीं है 5% के लिए 400 वी प्रणाली, और 4% और 3% के लिए 6.6- 20केवी और 400 केवी 22kV-क्रमशः	THD सीमा नहीं है 5% के लिए 400 वी प्रणाली, और 4% और 3% के लिए 6.6- 20केवी और 400 केवी 22kV-क्रमशः	5% नीचे दिए गए सभी वोल्टेज के स्तर के लिए 69केवी और 3% उपरोक्त सभी वोल्टेज के लिए 161 केवी

तालिका 1.

हार्मोनिक मानकों की तुलना [7, 35, 38]

आधुनिक फ़ज़ी लॉजिक की तरह कृत्रिम बुद्धिमान तकनीक पर आधारित सिस्टम, एएनएफआईएस और सीआई आधारित संगणना डाटा माइनिंग कि सत्ता गुणवत्ता हार्मोनिक्स के लिए मानकों की पुनः रचना में मदद करता है की कठिनाई को कम कर रहे [24, 25]. ऑस्ट्रेलिया जैसे विकसित देशों में, कनाडा, संयुक्त राज्य अमेरिका बिजली वितरण कंपनियों को पहले से ही आंशिक रूप से स्मार्ट ग्रिड में स्थानांतरित कर दिया जाता है और वे परिष्कृत सेंसर और मापने के साधन का उपयोग कर रहे.

स्मार्ट ग्रिड पर्यावरण इन सेंसरों उन्हें पहले से भविष्यवाणी द्वारा समस्याओं को कम करने में मदद मिलेगी के संदर्भ में. स्मार्ट ग्रिड, परिष्कृत एल्गोरिदम की सहायता से बुद्धिमान माप और लेने के द्वारा हार्मोनिक्स तरह पीक्यू समस्याओं की भविष्यवाणी करने में सक्षम हो जाएगा, fault current in advance. ऐसा नहीं है कि बिजली की गुणवत्ता चल रही 3 जी प्रौद्योगिकी का उपयोग कर निगरानी चीनी शोधकर्ताओं द्वारा लागू किया गया है उल्लेख करने के लिए उचित है,,en,वे जीपीआरएस कि वास्तविक समय डेटा का विश्लेषण करने के लिए सक्षम है के मॉड्यूल का इस्तेमाल किया और अपने एल्गोरिथ्म यह काफी बुद्धिमान वांछित पीक्यू जानकारी पाने के लिए बनाता है,,en,हार्मोनिक्स माप,,en,एक संगत रूप से प्रदूषित वातावरण में असली चुनौती को समझते हैं और हार्मोनिक्स को मापने के लिए सबसे अच्छा बिंदु नामित करने के लिए है,,en,आजकल इलेक्ट्रॉनिक्स में क्रांति एसी सिस्टम में गड़बड़ है इतना है कि लगभग एक उपयोगिता में प्रत्येक उपयोगकर्ता हार्मोनिक्स वर्तमान के लिए एक योगदानकर्ता है,,en,किसी भी घरेलू क्षेत्र में लोड प्रोफ़ाइल एक दिन के भीतर घंटे के लिए घंटे से भिन्न होता है,,en,तो क्रम में ऊर्जा की मांग से निपटने के लिए और बिजली का पहलू में सुधार करने के,,en. They used module of GPRS that is capable of analyzing the real time data and its algorithm makes it intelligent enough to get the desired PQ information [22].

5. Harmonics measurement

The real challenge in a harmonically polluted environment is to understand and designate the best point for measuring the harmonics. Nowadays the revolution in electronics has messed up the AC system so much that almost every user in a utility is a contributor to the harmonics current. और भी, the load profile in any domestic area varies from hour to hour within a day. So in order to cope with the energy demand and to improve the power factor, उपयोगिताओं पर और बिजली का पहलू सुधार संधारित्र बंद करने की आवश्यकता,,en,इस आवधिक और गैर वर्दी स्विचिंग भी प्रणाली में हार्मोनिक्स बनाता है,,en,एक क्षेत्र हालांकि में लोड जानकारी,,en,एक प्रणाली में हार्मोनिक वर्तमान के आदेश के बारे में कुछ बुनियादी जानकारी प्रदान करते हैं,,en,इस तरह की जानकारी बहुत उपयोगी है के रूप में यह हार्मोनिक सामग्री की एक पक्षी नजर देखने देता है,,en,लेकिन हार्मोनिक्स की सटीक पहचान के लिए यह शक्ति गुणवत्ता विश्लेषक का उपयोग कर या रूपांतरण फास्ट फूरियर के लिए कुछ डिजिटल आस्टसीलस्कप का उपयोग विकृत तरंग के संश्लेषण के लिए आवश्यक है,,en,FFT,,en,Fig.3,,en,वर्तमान की एक सामान्य संश्लेषण एक नियंत्रित संशोधक द्वारा तैयार चलता,,en,एक बार पहचान,,en,स्तर और हार्मोनिक्स के प्रकार,,en,शमन करने के लिए कदम तैयार किया जा सकता है,,en,साधन ट्रांसफार्मर आधारित ट्रांसड्यूसर,,en,सीटी और पीटी,,en. This periodic and non-uniform switching also creates harmonics in the system. The load information in an area although, provide some basic information about the order of harmonic present in a system. Such information is very useful as it gives a bird eye view of harmonic content. But for the exact identification of the harmonics it is necessary to synthesize the distorted waveform using the power quality analyzer or using some digital oscilloscope for Fast Fourier Transform (FFT). उदाहरण के लिये Fig.3 shows a general synthesis of the current drawn by a controlled rectifier. Once identified, the level and type of harmonics (3^{तीसरी}, 5^वें आदि) the steps to mitigation can be devised. इस बात को ध्यान में रखा जाना चाहिए उचित माप हार्मोनिक फिल्टर का उचित डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है कि. लेकिन हार्मोनिक्स स्तर एक प्रणाली में माप के विभिन्न बिंदुओं पर भिन्न हो सकती है. इसलिए, उपयोगिताओं एक प्रणाली में हार्मोनिक माप के लिए सही बात की पहचान करने में बहुत ही सटीक होने की जरूरत है. मानकों के अलावा, यह आईईईई मानक है 519-1992 कि हार्मोनिक माप बाहर ले जाने के लिए संचालन प्रक्रियाओं की रूपरेखा. यह मानक तथापि प्रणाली के साथ माप उपकरण के एकीकरण अवधि के बारे में कोई प्रतिबंध नहीं बताता है. हालांकि यह, उपयोगिता को प्रतिबंधित करता है अधिकतम मांग की मासिक रिकॉर्ड के लिए एक लॉग बनाए रखने के लिए [5]. विभिन्न उपकरणों एक दूसरे के साथ समर्थन में किया जाता है एक प्रणाली में हार्मोनिक माप बाहर ले जाने के. इनमें निम्नलिखित शामिल हैं

पावर गुणवत्ता विश्लेषक
Instrument transformers based transducers (CT and PT)

चित्रा 3.

Typical line current of a controlled converter [26]

Various renowned companies are designing and producing excellent PQ analyzers. These include FLUKE, AEMC, HIOKI, DRANETZ and ELSPEC. These companies design single phase and three phase PQ analyzers that are capable of measuring all the dominant harmonic frequencies. The equipment that is used for harmonic measurement is also bound to some limitations for proper harmonic measurement. This limitation is technical in nature as for accurate measurement of all harmonic currents below the 65^वें लयबद्ध, the sampling frequency should be at least twice the desired input bandwidth or 8k samples per second in this case, to cover 50Hz and 60Hz systems [5]. Mostly, the PQ analyzers are supplied along with the CT based probes but depending on the voltage and current ratings a designer can choose the CT and PT with wide operating frequency range and low distortion. The distance of equipment with the transducer is also very important in measuring harmonics. If the distance is long then noise can affect the measurement therefore properly shielded cables like coaxial cable or fiber optic cables are highly recommended by the experts [5]. In short, the measurement of harmonics should be made on Point of Common Coupling (पीसीसी) or at the point where non-linear load is attached. This includes industrial sites in special as they are the core contributors in injecting harmonic currents in the system.

6. Harmonics purging techniques

Techniques have been designed and tested to tackle this power quality issue since the problem is identified by the researchers. There are several techniques in the literature that addresses the mitigation of harmonics. All these techniques can be classified under the umbrella of following

Passive harmonic filter
Active harmonic filter
हाइब्रिड हार्मोनिक फिल्टर
Switching techniques

6.1. निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर

Passive filter techniques are among the oldest and perhaps the most widely used techniques for filtering the power line harmonics. Besides the harmonics reduction passive filters can be used for the optimization of apparent power in a power network. They are made of passive elements like resistors, capacitors and inductors. Use of such filters needs large capacitors and inductors thus making the overall filter heavier in weight and expensive in cost. These filters are fixed and once installed they become part of the network and they need to be redesigned to get different filtering frequencies. They are considered best for three phase four wire network [18]. They are mostly the low pass filter that is tuned to desired frequencies. Giacoletto and Park presented an analysis on reducing the line current harmonics due to personal computer power supplies [10]. Their work suggested that the use of such filters is good for harmonics reduction but this will increase the reactive component of line current. Various kind of passive filter techniques are given below [18, 19].

Series passive filters
Shunt passive filters
Low pass filters or line LC trap filters
Phase shifting transformers

6.1.1. Series passive filters

Series passive filters are kinds of passive filters that have a parallel LC filter in series with the supply and the load. Series passive filter shown in Fig.4 are considered good for single phase applications and specially to mitigate the third harmonics. तथापि, they can be tuned to other frequencies also. They do not produce resonance and offer high impedance to the frequencies they are tuned to. These filters must be designed such that they can carry full load current. These filters are maintenance free and can be designed to significantly high power values up to MVARs [4]. Comparing to the solutions that employ rotating parts like synchronous condensers they need lesser maintenance.

चित्रा 4.

Passive Series Filter [18]

6.1.2. Shunt passive filters

These type of filters are also based on passive elements and offer good results for filtering out odd harmonics especially the 3^{तीसरी}, 5^वें और 7^वें. Some researchers have named them as single tuned filters, second order damped filters and C type damped filters [3]. As all these filters come in shunt with the line they fall under the cover of shunt passive filters, के रूप में दिखाया Fig.5. Increasing the order of harmonics makes the filter more efficient in working but it reduces the ease in designing. They provide low impedance to the frequencies they are tuned for. Since they are connected in shunt therefore they are designed to carry only harmonic current [18]. Their nature of being in shunt makes them a load itself to the supply side and can carry 30-50% load current if they are feeding a set of electric drives [13]. Economic aspects reveal that shunt filters are always economical than the series filters due to the fact that they need to be designed only on the harmonic currents. Therefore they need comparatively smaller size of L and C, thereby reducing the cost. और भी, they are not designed with respect to the rated voltage, thus makes the components lesser costly than the series filters [33]. तथापि, these types of filters can create resonant conditions in the circuit.

चित्रा 5.

Different order type shunt filters [3]

6.1.3. Low pass filter

Low pass filters are widely used for mitigation of all type of harmonic frequencies above the threshold frequency. They can be used only on nonlinear loads. They do not pose any threats to the system by creating resonant conditions. They improve power factor but they must be designed such that they are capable of carrying full load current. Some researchers have referred them as line LC trap filters [19]. These filters block the unwanted harmonics and allow a certain range of frequencies to pass. तथापि, very fine designing is required as far as the cut off frequency is concerned.

6.1.4. Phase shifting transformers

The nasty harmonics in power system are mostly odd harmonics. One way to block them is to use phase shifting transformers. It takes harmonics of same kind from several sources in a network and shifts them alternately to 180° degrees and then combine them thus resulting in cancelation. We have classified them under passive filters as transformer resembles an inductive network. The use of phase shifting transformers has produced considerable success in suppressing harmonics in multilevel hybrid converters [34]. एस. एच. एच. Sadeghi et.al. designed an algorithm that based on the harmonic profile incorporates the phase shift of transformers in large industrial setups like steel industry [36].

6.2. सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर

In an Active Power Filter (APF) we use power electronics to introduce current components to remove harmonic distortions produced by the non-linear load. चित्रा 6 shows the basic concept of an active filter [27]. They detect the harmonic components in the line and then produce and inject an inverting signal of the detected wave in the system [27]. The two driving forces in research of APF are the control algorithm for current and load current analysis method [23]. Active harmonic filters are mostly used for low-voltage networks due to the limitation posed by the required rating on power converter [21].

चित्रा 6.

Conceptual demonstration of Active filter [27]

They are used even in aircraft power system for harmonic elimination [6]. Same like passive filters they are classified with respect to the connection method and are given below [40].

Series active filters
Shunt active filters

Since, it uses power electronic based components therefore in literature a lot of work has been done on the control of active filters.

6.2.1. सीरीज सक्रिय फिल्टर

The series filter is connected in series with the ac distribution network as show in Fig.7 [33]. It serves to offset harmonic distortions caused by the load as well as that present in the AC system. These types of active filters are connected in series with load using a matching transformer. They inject voltage as a component and can be regarded as a controlled voltage source [33]. The drawback is that they only cater for voltage harmonics and in case of short circuit at load the matching transformer has to bear it [31].

6.2.2. Shunt active filter

The parallel filter is connected in parallel with the AC distribution network. Parallel filters are also known as shunt filters and offset the harmonic distortions caused by the non-linear load. They work on the same principal of active filters but they are connected in parallel as stated that is they act as a current source in parallel with load [21]. They use high computational capabilities to detect the harmonics in line.

चित्रा 7.

Series active filters [33]

Mostly microprocessor or micro-controller based sensors are used to estimate harmonic contents and to decide the control logic. Power semiconductor devices are used especially the IGBT. Some researchers claim that before the advent of IGBTs active filters were seldom use due to overshoot in budget [11]. तथापि, despite of their usefulness shunt active filters have many drawbacks. Practically they need a large rated PWM inverter with quick response against system parameters changes. If the system has passive filters attached somewhere, as in case of hybrid filters then the injected currents may circulate in them [28].

6.3. Hybrid harmonic filters

These types of filters combine the passive and active filters. They contain the advantages of active filters and lack the disadvantages of passive and active filters. They use low cost high power passive filters to reduce the cost of power converters in active filters that is why they are now very much popular in industry. Hybrid filters are immune to the system impedance, thus harmonic compensation is done in an efficient manner and they do not produce the resonance with system impedance [29]. The control techniques used for these types of filters are based on instantaneous control, on p-q theory and i_घ-मैं_क्यू. K.N.M.Hasan et.al. presented a comparative study among the p-q and i_घ-मैं_क्यू techniques and concluded that in case of voltage distortions the i_घ-मैं_क्यू method provides slightly better results [12]. They are usually combined in the following ways [21]

Passive series active series hybrid filters
Passive series active shunt hybrid filters
Passive shunt active series hybrid filters
Passive shunt active shunt hybrid filters

6.3.1. Passive series active series hybrid filters

These type of hybrid filters have both kind of filters connected in series with the load as shown in Fig.8 and are considered good for diode rectifiers feeding a capacitive load [32]

6.3.2. Passive series active shunt hybrid filters

This breed of hybrid filter has passive part in series with load and active filter in parallel. AdilM. Al-Zamil et al. proposed such type of filters in their paper and used the high power capability. of passive filter by placing them in series with the load. They used an active filter with space vector pulse with modulation (SVPWM) and implemented it on micro-controller. They used only line current sensors to compute all the parameters required for reference current generation. Their proposed system worked satisfactorily up to the 33^{तीसरी} harmonic and the results shown are based on a system with line reactance of 0.13 कर सकता. In their system the bandwidth required for active filter is relatively less due to the passive filter that takes care of the rising and falling edges of load current. They proposed that while designing hybrid system the line filter L and capacitance C of active filter needs a compromise in selection depending on the acceptable level of switching frequency ripple current and minimum acceptable ripple voltage [1].

6.3.3. Passive shunt active shunt hybrid filters

These types of filters have both the passive and active filters connected in shunt with the load as shown in Fig.9 [21]. In a comparative study J.Turunen et al. claimed that they require smallest transformation ratio of coupling transformer as a result they need a fairly high power rating for a small load and in case of high power loads the problem of dc link control results in poor current filtering [43].

6.3.4. Passive shunt active series hybrid filters

As its name implies it is a kind of hybrid filter that has an active filter in series and a passive filter in shunt as shown in Fig.10. जम्मू. Turunen et al. in a comparative study stated that this breed of hybrid filter utilizes very small transformation ratio therefore for same rating of load their power rating required is large compared to the load [43].

चित्रा 8.

Passive series active series hybrid filters [32]

चित्रा 9.

Passive shunt active shunt hybrid filters [21]

चित्रा 10.

Active series passive shunt hybrid filters [29]

6.4. Switching techniques

Besides using the method of installing filters, power electronics is so versatile that up to some extent harmonics can be eliminated using switching techniques. These techniques may vary from the increasing the pulse number to advance algorithm based Pulse Width Modulation (PWM). The most widely used sine triangle PWM was proposed in 1964. Later in 1982 Space Vector PWM (SVPWM) was proposed [20]. PWM is a magical technique of switching that gives unique results by varying the associated parameters like modulation index, switching frequency and the modulation ratio. The frequency modulation ratio ‘एम’ if taken as odd automatically removes even harmonics [17, 26]. Here the increase in switching frequency reduces the current harmonics but this makes the switching losses too much. और भी, we cannot keep on increasing switching frequency because this imposes the EMC problems [15]. D.G.Holmes et al. presented an analysis for carrier based PWM and claimed that it is possible to use some analytical solutions to pin point the harmonic cancelation using different modulation techniques. Sideband harmonics can be eliminated if the designer uses natural or asymmetric regular sampled PWM [14]. The output can be improved by playing with the modulation index. One specialized type of PWM is called Selective Harmonic Elimination (SHE) PWM or the programmed harmonic elimination scheme. This technique is based on Fourier analysis of phase to ground voltage. It is basically a combination of square wave switching and the PWM. Here proper switching angles selection makes the target harmonic component zero [26, 30]. In SHE technique a minimum of 0.5 modulation index is possible [41]. But even the best SHE left the system with some unfiltered harmonics. जम्मू. Pontt et al. presented a technique of treating the unfiltered harmonics due to the SHE PWM. They stated that if we use SHE PWM for elimination of 11^वें और 13^वें harmonics for 12 pulse configuration then the harmonics of order 23^वें, 25^वें, 35^वें और 37^वें are one that play vital role in defining the voltage distortions. They proposed the use of three level active front end converters. They suggested a modulation index of 0.8-0.98 to mitigate the harmonics of order 23^{तीसरी}, 25^वें और 35^वें, 37^वें [30]. With some modifications researchers have shown that SHE PWM can be used at very low switching frequency of 350 हर्ट्ज. Javier Napoles et al. presented this technique and give it a new name of Selective Harmonic Mitigation (SHM) PWM. They used seven switching states and results makes the selective harmonics equal to zero [8]. This is excellent since in SHE PWM the selective harmonic need not to be zero. It is sufficient in conventional PWM to bring it under the allowable limit. Siriroj Sirisukprasert et al. presented an optimal harmonic reduction technique by varying the nature of output stepped waveforms and varied the modulation indexes. They tested their proposed technique on multilevel inverters that are better than the two level conventional inverters. They excluded the very narrow and very wide pulses from the switching waveform. Unlike SHE PWM as discussed above they ensured the minimum turn on and turn off by switching their power switches only once a cycle. Contrary to traditional SHE PWM, in this case the modulation index can vary till 0.1. उत्पादन के विभिन्न चरणों के लिए एक कदम रखा तरंग वे मॉडुलन सूचकांक के रूप में उच्च के उत्पादन में वर्गीकृत किया गया है, निम्न और मध्यम और ब्याज की वास्तविक मुद्दा यह है कि इन तीनों मॉडुलन इंडेक्सों का वर्गों के लिए स्विचन स्विच प्रति चक्र के अनुसार एक बार है [41]. कुछ शोधकर्ताओं का हार्मोनिक नियंत्रण के लिए समलम्बाकार PWM विधि का इस्तेमाल किया. PWM इस तरह की एकध्रुवीय PWM स्विचिंग पर आधारित है. यहाँ एक समलम्बाकार तरंग एक त्रिकोणीय तरंग के साथ तुलना की जाती है और जिसके परिणामस्वरूप PWM बिजली स्विच करने के लिए आपूर्ति की है. PWM आधारित तकनीकों में अन्य हार्मोनिक उन्मूलन तकनीक की तरह शोधकर्ताओं फ्लोरिडा और एएनएन सहित ऐ आधारित तकनीकों का प्रस्ताव किया है.

7. समापन

यह अध्याय प्रमुख शक्ति गुणवत्ता समस्याओं कि एक बिजली के नेटवर्क में कई बिजली प्रणाली गड़बड़ी के कारण है में से एक को सारांशित. The possible sources of harmonics are discussed along with their effects on distribution system components including the transformers, switch gears and the protection system. The regulatory standards for the limitation of harmonics and their measurement techniques are also presented here. The purging techniques of harmonics are also presented and various kind of harmonic filters are briefly presented. To strengthen the knowledge base, this chapter has also discussed the control of harmonics using PWM techniques. By this chapter we have attempted to gather the technical information in this field. A thorough understanding of harmonics will provide the utility engineers a framework that is often required in the solution of research work related to harmonics.