作成者: Sybrandベスター (電子メール: bestersj@gmail.com) とゲイリーアトキンソン-HOPE (メール: atkinsonhopeg@cput.ac.za) 技術のケープ半島大学, ベルビル 7539, 南アフリカ
対応する著者: ゲイリー·アトキンソン-HOPE, 博士, 研究分野: VDCおよび高調波解析, 計算の研究. 電子メール: atkinsonhopeg@cput.ac.za.
エネルギーとパワーエンジニアリング誌 6 (2012) 2018-2023
1. はじめに
高調波歪み以上の増加の不安は非常に非線形パワーエレクトロニクスデバイスのインストールやアプリケーションから生じる, VSDのような (可変速ドライブ) 業界で電力装置を制御する [1].
の電圧で供給される場合に 50 ヘルツ, 非線形負荷は、波形歪みを引き起こすネットワークを貫通する高調波電流を引き込む [2]. 誘導負荷は、無効電力を吸収する. 並列コンデンサをインストールすると、力率を改善します, それらは、無効電力を提供するため、 [3]. バス電圧は、負荷需要の増加に減少. それは戦略的に戻って公称値に電圧プロファイルを上げるのを助けるようにコンデンサバンクを配置するのが一般的である [4]. バス電圧を増加させ、力率を改善するために使用されるコンデンサは、それらは、高調波共振が発生する可能性があるとして高調波がシステム内に存在するネットワーク上の有害な影響を有することができる.
並列共振が発生したときの大きさ 容量性および誘導性リアクタンスが等しい. 並列共振ピークは、非線形負荷によって噴射特性高調波の周波数に整合されている場合, 高電圧および電流は、ネットワーク内の装置に損傷を引き起こす可能性が流れることができる. IEEE規格. 519-1992 ユーザーは、PCCの許容レベル内でこれらの電圧と電流の歪みを保つのを助けるために作成されました (共通結合点).
流通システムの歪みのエスカレートレベルが最高の戦略的な位置での高調波フィルタのインストールに含まれていることができます [5]. 最も一般的に使用される高調波フィルタは、ハイパスフィルタと、単同調フィルタである. レフリー. [6-8] 電圧と電流の歪みがIEEE標準に従った許容レベルに下げている方法を説明します. 519-1992 受動フィルタを使用して.
これらのすべての場合は、コンデンサに起因する1並列共振点が存在する状況を調査しながら、, それらのどれも、2つの並列共振点が発生させるネットワークにおいて位置する2つの分路コンデンサがある場合に関するなかっ. このため, それは、高調波の研究を行うことができるし、並列共振が発生したときにコンデンサを力率補正とバス電圧調整のためにインストールされているかどうかを評価できたシミュレーションソフトウェアを使用してネットワークを作成し、に起因する歪みを低減するために最善の解決策を考え出すことが必要と考えられた高調波フィルタを用いた共振. ソリューションは、システムがIEEE Std.519-1992電圧と電流の制限の範囲内であることを確認する必要があります.
2. 研究に関する声明
本研究の目的は、2つの共振点が電力用コンデンサに起因するシステムで発生するシナリオを調査することである. バス電圧は、意図的にNRS以下に低下さ 048-2:2004 の電圧限界 6% 一緒に消費者のバスに接続された力率のコンデンサを公称値に電圧限界を改善するために添加シャントコンデンサは、システム内の共振を起こすように [9]. さらなる目的は、複数の理由の共振点の並列共振による高調波歪みを低減するように調整鎖およびハイパス高調波フィルタを設計することである. 電圧と電流の歪みがIEEE規格を超えてはいけません. 519-1992 PPCでの制限事項.
3. 方法論
ネットワークはDIgSILENTでシミュレートした 14 パワー出荷時のソフトウェア. 高調波の研究は、第一のコンデンサなしで実施した後、ネットワークに存在するコンデンサと一緒にいた. 高域通過フィルタおよび単同調フィルタは、ネットワーク内の2つの異なる点に設置された. さまざまなシナリオの各々の間, システムが特徴的な高調波次の共振が発生したかを判断するためにチェックした. PCCにおける電圧と電流の歪みはまた、IEEE規格内であったかどうかを確認することが観察された. 519-1992.
4. 理論的背景
4.1 バスバー電圧レギュレーション
バス電圧は、NRSの下に減少した 048-2:2004 表に示すように、電圧制限 1 [9].
テーブル 1 NRS 048-2 電圧リミット.
4.2 高調波フィルタの設計
(1) コンデンサのサイズ
フィルタ用のコンデンサのサイズは、バスバー力率を増加させるために必要な無効電力によって決定されるべきである. 以下の式は、キャパシタンスの値を決定する際に有効電力と無効電力との間の関係を記述するために使用される:
QC言語 総容量性無効電力である. PF1 力率は、キャパシタが追加される前であり、 PF2 コンデンサが追加された後、力率である. P 実際のpower.Real力は次のように計算されている:
*
どこ: で =相電圧, 私は =相電流; P =実際のパワーと Q =無効電力.
(2) 単同調フィルタ
このタイプのフィルターは、反応器と直列にコンデンサから構成され. 単同調フィルタは、特定の高調波を捕捉するために良いです. これは、力率補正に必要な一部または全部無効電力を与える [6].
(3) 高域フィルター
フィルタは、抵抗やリアクトルを組み合わせて直列にコンデンサで構成されています. ハイパスフィルタは、高い周波数が通過するものである [10].
(4) 下記の式は、ハイパスフィルタと単同調フィルタを設計するために使用することができるフィルタ設計式. 容量性リアクタンス (X℃):
誘導性リアクタンス (Xザ): X
特徴的リアクタンス (XN):
フィルターの無効電力 (QF):
単同調抵抗 (RS):
ハイパス抵抗 (RH):
どこ: HN =チューニング順; Q =品質係数.
(5) 品質ファクタ
ザ Q-要因 (品質係数) フィルタ抵抗の値によって決定され、それが同調される周波数の鮮鋭度を決定する [11]. ザ Q-単同調フィルタの係数の間、通常です 30 と 100 [10]. 低高調波フィルタ Q-ハイパスフィルタのような因子は、間のQ-因子を有する 0.5 と 5 [10].
(6) フィルタ同調次数の選択
フィルタが調整されています 3%-15% 濾過される高調波の次数を以下 [12].
4.3 高調波歪みの制限の計算
個々の高調波電圧歪み (HDで):
全高調波電圧歪み (THDで):
個々の高調波電流歪み (HD私は):
総需要の歪み (TDD私は):
どこ:
私はH =高調波電流の大きさ;
私はザ =基本波成分の最大需要負荷電流;
私は1 =基本周波数における電流 (F1 = 50 HZ).
SCR (短絡比):
どこ: 私はサウスカロライナ州 PCCで=短絡電流.
4.4 IEEE規格. 519-1992 制限事項
標準では、共通結合点で測定高調波歪みに対する制限を推奨してい [13]. 消費者がユーティリティネットワークに注入することができ、高調波電流歪みのほとんどの量を表に制限によって指定されている 2 [14, 15]. PCCのみの歪限界を調べるために必要なデータを表に示す。 2 と 3.
テーブル 2 IEEE規格 519-1992 電流歪みの限界.
消費者へのクリーンな歪みのない電圧の供給は、ユーティリティの責任です [14]. 彼らは、高調波電流の制限を満たしていない場合、お客様は、電圧のみを歪まの有罪であることができる [14]. 高調波電圧の制限は、表に示されている 3 [15].
テーブル 3 IEEE規格 519-1992 電圧歪みの制限.
5. 単線結線図
ネットワークはDIgSILENTでモデル化された調査さ 14 パワー出荷時のソフトウェア. ネットワークは3負荷で構成されています; 一方が非線形である (VOD) 表に示した高調波スペクトルを持つ 4.
テーブル 4 負荷の高調波スペクトル 3.
バス 3 PCCであり、ネットワークパラメータは、図に示されている. 1.
6. シミュレーションケース
ケーススタディ 1
図1のネットワーク. 1 モデル化した, シミュレートし、PCCが観察された. 顧客の力率と各バスの電圧をも記録した.
ケーススタディ 2
の値のコンデンサ 8.6 MVARはバスで接続されていた 2 BUSのバス電圧を増加させる 2 とBUS 5 そして、システムの力率を増大させる 0.92 へ 0.99. 別のコンデンサ (0.9 MVAR) 負荷と並列に接続した 3 からの力率を増加させる 0.88 へ 0.97.
ケーススタディ 3
単同調フィルタは、バスのコンデンサを使用して設計されました 2. フィルタは、チューニングされた 5% 5次高調波次数i.e下記. 4.75番目の. 主なアイデアは、高調波を避けるのではなく、特定の1減少しております. バスのコンデンサ 5 まだ接続されていた.
ケーススタディ 4
単同調フィルタは、ケーススタディで除去した 3 そして4.75th高調ハイパスフィルタで置き換え. このフィルタは、高調波を回避するように設計された.
ケーススタディ 5
バスでのフィルタ 2 ケーススタディで 4 で置換した 8.6 MVARコンデンサと4.75th高調単同調フィルタは、バスでの力率改善コンデンサから設計されました 5.
ケーススタディ 6
ケーススタディから単同調フィルタ 5 4.75th高調ハイパスフィルタと交換した.
短絡率があることが見出された < 20 すべてのケースのカテゴリ. 結果は、PCCで記録した.
7. 結果
コンデンサは、第5回と第11回近く2の共鳴を引き起こした.
図 2. ケーススタディのインピーダンススキャン 2 PCCで実行
他の高調波i.e. 7番目の, 13番目の, 17番目と19はIEEE規格内であった. 519 境界. 図. 2, 割合の歪み (HDで) 第5によって引き起こされる、11高調波電流を見ることができる. イチジク. 3 総需要の歪みを示しています (TDD私は) PCCで.
図 3. 第5回と第11回の比較 (HDV) ケーススタディの結果 1-6
総電圧歪み (THDで) PCCの電圧から計算をFig. 4.
図 4 総需要の歪みを示しています (TDDI) PCCで.
図 4. ケーススタディのTDDI結果の比較 1-6
総電圧歪み (THDV) PCCの電圧から計算し、図に示されている 5:
図 5. ケーススタディのTHDV結果の比較 1-6
インピーダンススキャンはケーススタディから得ました。 2, 5 と 6. インピーダンスの差は、図に見ることができる. 6.
図 6. ケーススタディのインピーダンススキャンの比較 2, 3 と 4, PCCで実行
インピーダンススキャンはケーススタディを撮影した 2, 5 と 6. インピーダンスの差は、図に見ることができる 7:
図 7. ケーススタディのインピーダンススキャンの比較 2, 5 と 6, PCCで実行
8. 結果の分析
ケーススタディ 1 と 2
なお、ケーススタディから見ることができる 1 ネットワークは、ネットワーク内に高調波歪みの隣にあったこと, 力率改善コンデンサおよびバス電圧を増加させるコンデンサが追加される前. ケーススタディで追加されたコンデンサ 2 第5回と第11回次数付近で発生させた並列共振, 図に見られる. 7. 負荷によって注入された第5回と第11回の電流 3 共振点と電流の間の相互作用を引き起こし、高調波共振を発生させた. これは5番目と11番目の電圧の歪みと11現在の歪みを増加, IEEE規格上の総需要の歪みを含む. 519-1992 の制限.
ケーススタディ 3 と 4
単同調及びハイパスフィルタは、図に示すように、それらが減少した歪みレベルをほぼ同じに実行. 1 と 2. 共振点も成功して図1に見られる移動されました. 5, 成功は、システムのバス電圧を増加させ、力率を改善することがあった.
ケーススタディ 5 と 6
高調波フィルタは、ケーススタディのフィルタと同じように行わ 3 と 4, また、図に示す減少の歪みが原因. 2-4 と 7 それは、ほぼ正確に同じであった. 図1に示すように、共振ピークも正常に移動されました. 6. フィルタは、さらに、BUSに接続された顧客のために必要な力率を提供した 5.
9. 結論
2並列共振点がシステムに存在しているときに、この論文では、ユーティリティで、消費者の最後に単同調およびハイパス高調波フィルタを適用することを発表しました. PCCを見たときに高調波歪み限界を満たす、より効果的であることが証明され高調波歪みを除去するために、顧客側の高調波フィルタをインストールする. この論文では、高調波浸透研究はDIgSILENT電力ソフトウェアを使用して行うことができることを証明した. これは、特徴的な調和数と共鳴し、容認できない歪みが、PCCで観測された場合、高調波フィルタが歪みレベルを減少させる方法については、ネットワーク内に存在する3つ、または複数の共振点がある場合、より多くの研究が行われるべきであることをお勧めします.
謝辞
この作品は、南アフリカの電力供給委員会によってサポートされていました (エスコム) 高等教育支援助成金の下で 2010.
参照
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