Harmonic Inflow and Outflow: Determining the Direction of Harmonic Current Using Phase Angle Analysis

01 Why Harmonic Direction Matters

Measuring the magnitude of harmonic voltage and current distortion at a point on the network tells you how bad the harmonic situation is. It does not tell you where the harmonics are coming from. In a real distribution network, multiple loads and multiple harmonic sources coexist on the same bus. When a harmonic compliance problem is identified, the first engineering question is: क्या यह इंस्टॉलेशन हार्मोनिक्स उत्पन्न कर रहा है जो नेटवर्क में प्रवाहित होता है, या क्या यह नेटवर्क से प्रवाहित होने वाले हार्मोनिक्स प्राप्त कर रहा है? उत्तर यह निर्धारित करता है कि शमन के लिए कौन जिम्मेदार है.

यह भेद - हार्मोनिक प्रवाह बनाम. बहिर्प्रवाह - जापान के वितरण नेटवर्क दिशानिर्देशों में हार्मोनिक जिम्मेदारी आवंटन का आधार है और अन्य नियामक ढांचे में तेजी से प्रासंगिक है क्योंकि हार्मोनिक सीमाएं कड़ी हो गई हैं और कई गैर-रेखीय भार आम बसों को साझा करते हैं. दिशा निर्धारित करने के लिए THD माप से अधिक की आवश्यकता होती है - इसके लिए माप बिंदु पर हार्मोनिक वोल्टेज और हार्मोनिक करंट के बीच चरण संबंध के विश्लेषण की आवश्यकता होती है.[1]

02 अंतर्वाह और बहिर्प्रवाह को आंकने की दो विधियाँ

विधि 1 - हार्मोनिक शक्ति ध्रुवीयता

पहली विधि हार्मोनिक सक्रिय शक्ति के संकेत का उपयोग करती है (पी_घंटे) प्रत्येक हार्मोनिक क्रम पर. हार्मोनिक शक्ति हार्मोनिक वोल्टेज का उत्पाद है, हार्मोनिक वर्तमान, और उनके बीच चरण कोण की कोज्या. एक सकारात्मक हार्मोनिक शक्ति इंगित करती है कि संस्थापन उस हार्मोनिक - प्रवाह का उपभोग कर रहा है. एक नकारात्मक हार्मोनिक शक्ति इंगित करती है कि यह उस हार्मोनिक - बहिर्वाह को उत्पन्न कर रही है.[1]

यह विधि सैद्धांतिक रूप से स्वच्छ है लेकिन इसमें व्यावहारिक सीमाएँ हैं: हार्मोनिक क्रम बढ़ने के साथ हार्मोनिक शक्ति का स्तर तेजी से घटता है. 11वीं हार्मोनिक शक्ति आमतौर पर 5वीं हार्मोनिक शक्ति का एक छोटा सा अंश है. उच्च ऑर्डर पर, हार्मोनिक पावर सिग्नल माप उपकरण के शोर तल तक पहुंचता है, ध्रुवता निर्धारण को अविश्वसनीय बनाना. यह विधि प्रमुख निम्न-क्रम हार्मोनिक्स के लिए अच्छी तरह से काम करती है (3तीसरी, 5वें, 7वें) लेकिन 11वें के लिए अविश्वसनीय हो जाता है, 13वें, और ऊपर दिए गए.[1]

विधि 2 - हार्मोनिक वोल्टेज-वर्तमान चरण अंतर (मैं)

दूसरी विधि प्रत्येक हार्मोनिक क्रम पर हार्मोनिक वोल्टेज और हार्मोनिक धारा के बीच चरण कोण अंतर का उपयोग करती है - जिसे θ दर्शाया गया है. यह अधिक मजबूत दृष्टिकोण है क्योंकि यह शक्ति परिमाण के बजाय चरण कोण माप पर आधारित है, और हार्मोनिक परिमाण छोटे होने पर भी चरण कोण को सटीक रूप से निर्धारित किया जा सकता है.[1]

2-मीटर माप पद्धति का उपयोग करके 3-चरण 3-तार स्थापना के लिए (3P3W2M), अनुशंसित मीट्रिक चरण कोण θ का योग है_जोड़ - दोनों माप चैनलों में मापी गई मात्राओं के योग से गणना की गई हार्मोनिक वोल्टेज-वर्तमान चरण अंतर. यह योग दृष्टिकोण 3-चरण प्रणालियों के लिए व्यक्तिगत चरण माप की तुलना में अधिक स्थिर और प्रतिनिधि मूल्य प्रदान करता है.

03 माप सेटअप

3P3W2M कॉन्फ़िगरेशन 3-चरण 3-तार प्रणाली को पूरी तरह से चित्रित करने के लिए दो वर्तमान सेंसर और दो वोल्टेज माप का उपयोग करता है. The “जोड़” चरण कोण दृष्टिकोण इस कॉन्फ़िगरेशन के लिए विशिष्ट है - यह एकल θ उत्पन्न करने के लिए दोनों चैनलों से माप को जोड़ता है_जोड़ प्रति हार्मोनिक क्रम का मान जो समग्र 3-चरण हार्मोनिक प्रवाह दिशा का प्रतिनिधि है.[1]

04 विश्लेषण उदाहरण: चार हार्मोनिक आदेश, चार अलग-अलग व्यवहार

निम्नलिखित उदाहरण a पर माप से लिए गए हैं 6.6 केवी सर्किट. समय प्लॉट हार्मोनिक वोल्टेज-वर्तमान चरण अंतर दिखाते हैं (मैं_जोड़) प्रत्येक हार्मोनिक क्रम के लिए समय के साथ. अंतर्वाह/बहिर्वाह सीमा ±90° पर है.[1]

मौलिक (1सेंट हार्मोनिक) और 5वाँ हार्मोनिक - इनफ्लो

अंजीर. 1. θ का समय कथानक_जोड़ मौलिक के लिए (भूरा) और 5वां हार्मोनिक (हरा). दोनों माप अवधि के दौरान -90° से +90° अंतर्वाह क्षेत्र के भीतर रहते हैं, यह पुष्टि करते हुए कि संस्थापन मौलिक शक्ति और 5वें हार्मोनिक दोनों की खपत कर रहा है. स्रोत: HIOKI E.E. निगम.[1]

मौलिक लहर प्रवाह में है - यह अपेक्षित है, क्योंकि इंस्टॉलेशन नेटवर्क से वास्तविक बिजली की खपत कर रहा है. 5वाँ हार्मोनिक भी मुख्य रूप से प्रवाहित है, यह दर्शाता है कि प्रमुख 5वां हार्मोनिक स्रोत नेटवर्क पर कहीं और है और यह इंस्टॉलेशन इसे प्राप्त कर रहा है. यह संस्थापन 5वें हार्मोनिक प्रदूषण का शिकार है, इसका स्रोत नहीं.

3तीसरा हार्मोनिक - बहिर्प्रवाह

अंजीर. 2. θ का समय कथानक_जोड़ तीसरे हार्मोनिक के लिए (लाल). चरण कोण लगातार ±90° अंतर्वाह क्षेत्र के बाहर पड़ता है, −180° से −90° या +90° से +180° रेंज में - तीसरे हार्मोनिक बहिर्प्रवाह की पुष्टि. यह इंस्टॉलेशन तीसरा हार्मोनिक करंट उत्पन्न कर रहा है जो नेटवर्क में प्रवाहित होता है. स्रोत: HIOKI E.E. निगम.[1]

तीसरा हार्मोनिक बहिर्प्रवाह है - यह स्थापना तीसरा हार्मोनिक स्रोत है. ध्यान दें कि तीसरा हार्मोनिक एकल-चरण गैर-रेखीय भार की विशेषता है (स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति, फ्लोरोसेंट लाइटिंग) 3-चरण 6-पल्स ड्राइव के बजाय. एक पर बहिर्प्रवाह हार्मोनिक के रूप में इसकी उपस्थिति 6.6 केवी सर्किट इस सर्किट से प्राप्त वितरण ट्रांसफार्मर के द्वितीयक पक्ष पर एकल-चरण लोडिंग का सुझाव देता है.

7th harmonic — Outflow

अंजीर. 3. θ का समय कथानक_जोड़ for the 7th harmonic (नीला). बहिर्प्रवाह की पुष्टि - चरण कोण ±90° अंतर्वाह क्षेत्र के बाहर रहता है. 180° का रैप-अराउंड ट्रेस में ऊर्ध्वाधर संक्रमण के रूप में दिखाई देता है. स्रोत: HIOKI E.E. निगम.[1]

सातवाँ हार्मोनिक भी बहिर्प्रवाह है. तीसरे हार्मोनिक बहिर्वाह के साथ, इससे पता चलता है कि इंस्टॉलेशन में हार्मोनिक करंट उत्पन्न करने वाला महत्वपूर्ण गैर-रेखीय भार शामिल है 6.6 केवी नेटवर्क. पहले देखे गए 5वें हार्मोनिक प्रवाह से संकेत मिलता है कि इस बस में 5वां हार्मोनिक कहीं और से आ रहा है - स्थानीय इंस्टॉलेशन की अपनी 5वीं हार्मोनिक पीढ़ी को बाहरी 5वें हार्मोनिक स्रोत द्वारा छुपाया जा रहा है या हावी किया जा रहा है.

निर्णय उदाहरण 1 और 2 - θ लागू करना_औसत प्रदर्शन

अंजीर. 4. निर्णय उदाहरण 1 - मैं_औसत HIOKI PQA HiVIEW प्रो में हार्मोनिक टाइम प्लॉट. औसत चरण कोण प्रदर्शन कच्चे θ की तुलना में प्रवाह/बहिर्वाह निर्धारण के लिए एक स्वच्छ आधार प्रदान करता है_जोड़ बिंदु-दर-बिंदु मान. स्रोत: HIOKI E.E. निगम.[1]

अंजीर. 5. निर्णय उदाहरण 2 - मैं_औसत हार्मोनिक टाइम प्लॉट. औसत चरण कोण प्रदर्शन का उपयोग करके अंतर्वाह/बहिर्वाह निर्णय पद्धति के अनुप्रयोग को प्रदर्शित करने वाला दूसरा परिदृश्य. स्रोत: HIOKI E.E. निगम.[1]

अंजीर. 6. HIOKI PQA HiVIEW प्रो हार्मोनिक विश्लेषण डिस्प्ले - हार्मोनिक क्रम द्वारा हार्मोनिक वोल्टेज-वर्तमान चरण अंतर परिणामों का सारणीबद्ध दृश्य. स्रोत: HIOKI E.E. निगम.[1]

अंजीर. 7. HIOKI PQA HiVIEW सभी मॉनिटर किए गए हार्मोनिक ऑर्डरों में हार्मोनिक प्रवाह/बहिर्वाह निर्णय परिणामों का प्रो सारांश प्रदर्शन. स्रोत: HIOKI E.E. निगम.[1]

अंजीर. 8. HIOKI PQA HiVIEW प्रो हार्मोनिक टाइम प्लॉट अंतर्वाह/बहिर्वाह क्षेत्र संकेतकों के साथ - ±90° सीमाएँ चिह्नित हैं, से हार्मोनिक दिशा के प्रत्यक्ष दृश्य निर्धारण को सक्षम करना_औसत पता लगाना. स्रोत: HIOKI E.E. निगम.[1]

05 जापानी नियामक ढांचा: हार्मोनिक बहिर्प्रवाह वर्तमान सीमाएँ

वितरण स्तर पर हार्मोनिक जिम्मेदारी आवंटन के लिए जापान के पास सबसे विकसित राष्ट्रीय ढांचे में से एक है. अर्थव्यवस्था और उद्योग मंत्रालय ने सितंबर में हार्मोनिक्स डिटरेंस काउंटरमेशर्स के लिए अपना दिशानिर्देश जारी किया 1994 - उच्च-वोल्टेज या अतिरिक्त-उच्च-वोल्टेज आपूर्ति प्राप्त करने वाले मांग-पक्ष के ग्राहकों से हार्मोनिक आउटफ्लो करंट पर विशेष रूप से लागू होने वाली सीमाएं स्थापित करना.[2]

वोल्टेज विरूपण सीमा

• 6.6 केवी प्रणाली: कुल हार्मोनिक वोल्टेज विरूपण ≤ 5%
• अतिरिक्त उच्च-वोल्टेज प्रणाली: कुल हार्मोनिक वोल्टेज विरूपण ≤ 3%

हार्मोनिक बहिर्प्रवाह वर्तमान सीमाएं

जापानी दिशानिर्देश अनुबंधित बिजली के प्रति किलोवाट मिलीमीटर में हार्मोनिक वर्तमान सीमा व्यक्त करता है - एक सामान्यीकरण जो सीमा को ग्राहक के आकार से स्वतंत्र बनाता है और ग्राहक के बिजली अनुबंध के सीधे आनुपातिक बनाता है. ऊपरी सीमा मान प्रति हार्मोनिक क्रम में निर्दिष्ट हैं, उच्च-क्रम हार्मोनिक्स के लिए निचली सीमा के साथ. प्रति किलोवाट सामान्यीकरण का मतलब है कि एक बड़े ग्राहक के पास आनुपातिक रूप से अधिक हार्मोनिक वर्तमान भत्ता है - लेकिन उसे प्रत्येक हार्मोनिक ऑर्डर का स्वतंत्र रूप से पालन करना होगा.[2]

यह दिशा-आधारित नियामक ढाँचा - कुल हार्मोनिक करंट के बजाय बहिर्वाह को सीमित करना - IEEE 519 के पॉइंट-ऑफ़-कॉमन-युग्मन दृष्टिकोण से मुख्य अंतर है. आईईईई 519 ग्राहक द्वारा पीसीसी में इंजेक्ट किए जाने वाले हार्मोनिक करंट को सीमित करता है, जो प्रभावी रूप से एक बहिर्प्रवाह सीमा है. जापानी दिशानिर्देश बहिर्प्रवाह अवधारणा को स्पष्ट बनाता है और इसे प्रति किलोवाट सामान्यीकरण के साथ व्यक्तिगत हार्मोनिक ऑर्डर स्तर पर लागू करता है. इस आलेख में वर्णित माप पद्धति - θ_जोड़ चरण कोण विश्लेषण - वह उपकरण है जो इस बहिर्प्रवाह-आधारित विनियमन को श्रवण योग्य बनाता है.

06 पीक्यू परिप्रेक्ष्य: डायग्नोस्टिक टूल के रूप में दिशा

6.1 जब दिशा विश्लेषण से निदान बदल जाता है

हार्मोनिक दिशा विश्लेषण का सबसे महत्वपूर्ण निहितार्थ यह है कि ग्राहक के सेवा प्रवेश द्वार पर उच्च टीएचडी माप का स्वचालित रूप से यह मतलब नहीं है कि ग्राहक इसके लिए जिम्मेदार है।. यदि हार्मोनिक करंट प्रवाहित हो रहा है - नेटवर्क से आ रहा है - तो ग्राहक पीड़ित है और स्रोत फीडर पर कहीं और है. Requiring the customer to install harmonic filters in this situation wastes money and may not improve the network harmonic situation at all.

उल्टे, a customer with modest THD levels at their service entrance may still be a significant harmonic outflow source if their contracted power is large — the per-kW Japanese limit could be exceeded even when absolute THD appears acceptable. Direction analysis at each harmonic order is the only way to correctly characterize responsibility.

6.2 Practical application in a harmonic investigation

A practical harmonic investigation sequence using this methodology:

1. Measure harmonic voltage and current at the point of interest — confirm that harmonic amplitudes are significant enough to justify direction analysis
2. Apply the θ_जोड़ रुचि के प्रत्येक हार्मोनिक क्रम के लिए मानदंड
3. पहचानें कि कौन से हार्मोनिक ऑर्डर प्रवाहित हैं (नेटवर्क स्रोत) और जो बहिर्वाह हैं (स्थानीय स्रोत)
4. बहिर्प्रवाह हार्मोनिक्स के लिए: जिम्मेदार स्थानीय गैर-रेखीय भार की पहचान करें और शमन विकल्पों का आकलन करें
5. इनफ्लो हार्मोनिक्स के लिए: जिम्मेदार स्रोत - उसी फीडर पर अन्य ग्राहकों - के लिए नेटवर्क की जाँच करें, नेटवर्क अनुनाद की स्थिति, उपयोगिता उपकरण

6.3 आईपीक्यूडीएफ लेख श्रृंखला से कनेक्शन

इस श्रृंखला में तकनीकी लेख (अनुच्छेद 1-3) 6-पल्स ड्राइव के हार्मोनिक हस्ताक्षर और नेटवर्क घटकों के साथ उनकी बातचीत की स्थापना की. केस अध्ययनों से पता चला कि जब हार्मोनिक्स को कम नहीं किया जाता है तो क्या होता है. यह तकनीकी संदर्भ चित्र के एक अलग आयाम को पूरा करता है: the measurement methodology needed to determine whether a given installation is a harmonic source or a harmonic receiver — the prerequisite for assigning responsibility and selecting the correct mitigation strategy.

मैं_जोड़ phase angle method described here is instrument-specific in its implementation (HIOKI PQA HiVIEW Pro in this example) but the underlying principle — that harmonic current direction is determined by the phase relationship between harmonic voltage and harmonic current — is universal. Any power quality analyzer that reports harmonic phase angles can support this analysis, with appropriate interpretation of the measurement conventions used by that instrument.

सन्दर्भ

1. [1] HIOKI E.E. निगम, “Harmonics की आमद बहिर्वाह,” में विद्युत गुणवत्ता मापन के लिए गाइडबुक, HIOKI E.E. निगम, नागानो, जापान. उपलब्ध: hioki.com
2. [2] मिनिस्ट्री ऑफ़ इकोनॉमी, व्यापार और उद्योग (रखना), जापान, “उच्च वोल्टेज या अतिरिक्त उच्च-वोल्टेज प्राप्त करने वाले डिमांड-साइड पर हार्मोनिक्स डिटरेंस काउंटरमेशर्स के लिए दिशानिर्देश,” आधिकारिक रिपोर्ट, सितंबर 30, 1994.