1. はじめに

非線形負荷の幅広いアプリケーションに起因する, 高調波汚染は、電力システムのための主要な関心事の一つである. 大きな進歩は、非線形デバイスのメーカーによって高調波低減にしたが, 産業施設や電力会社, 深刻な高調波の問題はまだ病気の条件がどちらの電力会社によって、または産業施設におけるエンドユーザーによって発生が起こる場合は特に電力システムに存在することができる.

可変周波数ドライブ (VFDは) 最も広く産業施設で使用されている. IEEE STDによって定義された特徴的な高調波. 519-1992 VFDは、様々なシステム構成に基づいています[1]. そのようなアーク炉などのいくつかの特別な負荷を除く[1] システムに偶数次高調波及びその他の非特徴的な高調波を生成し、鉄道牽引システム, VFDは最も産業施設のみ特性高調波とIEEE STDによって提案されても、とtriplen高調限界下通常、非高調波特性のいくつかの小さな量を持っている. 519-1992. 故に, 非高調波特性大量の電力システムに存在する場合, それは、通常、システムが不健全であることを示し、そのトラブルシューティングは、問題の根本原因を特定するために必要です.

非高調波は特性で検討されている[2-9]. これは、に説明されてい[2] 非特性高調波は不平衡電圧振幅や位相の非対称性によって引き起こされていること. 非対称増加電圧が非高調波特性の振幅が増加.

二つの場合は、非高調波特性の大規模な内容を示す2産業施設のために、本論文で検討されている. 最初のケースでは、12MW、各定格2整流器と、インストールされ高調波フィルタのセットを使用したマイニング電源システム用です. 広範な調査、測定、計算機シミュレーション結果の両方に基づいて、このシステムで実施される. 後者の場合には、複数のVFDで油田配信システムのためである. このシステムの問題は、VFDは、入力電流波形が真剣に歪んでいるということです.

2. 特性と整流器の特徴のない高調波

IEEE STD. 519-1992[1] 理想的な条件のためにブリッジ整流器で発生する高調波電流を提案. "理想"は直流電流がまだリップルと直流電流が着信相の電圧が瞬間発信相の電圧を超えた一つの相から別に転送されていないことを前提に基づいている[1]. 理想的な条件の高調波電流成分は、以下の式によって導出される[1]:

どこ,

H : 高調波次数

kおよびM : 任意の正の整数

Q : 整流回路のパルス数

私は_H: オーダー時間の高調波電流の振幅

私は₁ : 根本的な電流の振幅

6パルス整流器または可変周波数ドライブ用 (VFD), 特徴的な高調波電流は 5, 7, 11, 等. 例えば、12パルス、18パルス緩和入力高調波の位相と乗算技術を使用してVFDは用, いくつかの高調波電流を6パルスドライブと比較してキャンセルすることができます. IEEE規格で状態など 519-1992, mは6パルス整流部場合 [1]:

• 同一の変圧比を有する
• 同じインピーダンスでトランスを持って
• 互いから正確に60 / mの度位相をシフトさ
• 全く同じ遅角に制御される, と
• 均等に直流負荷電流を共有

テーブル 1. IEEE STDに基づく電圧高調波歪みの制限. 519-1992

テーブル 2. IEEE STDに基づいて、現在の高調波歪みの制限. 519-1992

その後、ドライブの入力にのみ高調存在KQのオーダーになります± 1 式に示すように、 (1). 例えば, 30°シフト2整流相と12パルスVFDシステムに特徴的高調波がある 11,13, 23, 25^番目の,... 20分シフト3整流相と18パルスVFDシステム°ハーモニック最低特性のためである 17^番目の. でtionedずらし4整流相と、24パルスVFDシステム用[1] どの2つの整流部は、これらすべての点で同一でないこと. 故に, 非高調波特性が常に上記の条件が実際に満たされていないという程度に存在することになります.

IEEE STD. 519-1992 推奨される高調波歪みの制限を提案 (テーブル 1 と 2), 広く様々な業界に受け入れられている. これは、表で指定されている 2 偶数次高調波に制限されていること 25% テーブル内の奇数次高調波限度[1].

6パルス整流器または可変周波数ドライブ (VFD), 特徴的な高調波電流は 5, 7, 11, 等. 例えば、12パルス、位相乗算技術を使用してVFDは用

3. ケース 1: 偶数次高調波

偶数次高調波は、非常に少量で通常存在し、通常の動作条件下で電力システムのために問題とならない. しかしながら, 偶数次高調波は多量のそのような機器の故障などのいくつかの病気の状態で生成することができる. システムがあっても高調波共鳴を励起する可能性が高調波フィルタが含まれている場合、状況は増幅される可能性が.

ケーススタディ 1 それぞれ12MWの定格2大6パルス整流器で構成される大規模な採掘施設で起こった深刻でも高調波問題に対処. システム構成は、図に示されている. 1.

図 1. ケースのシステム構成 1.

大規模であっても高調波電流は、月にシステムの重要LOCAのtionsで検出された 2004. ラージ 3^RD 高調波電流の賃料も発見された. このような高い偶数次高調波は、深刻な懸念を引き起こし、調査は問題の根本的な原因を調べるために行われた.

多量のに起因し 2, 3と4harmonic電流図に示すように. 8 と 9, 図の2つの整流器での電流波形. 6 と 7 6パルス整流器の典型的な電流波形の形状を示していない. 比較のために重要な測定点における支配的な高調波電流を表にまとめられている 3. 4月に2つの整流器で測定された支配的な高調波電流 2002 また、同じテーブルに含まれています.

テーブル 3. 月に測定された高調波電流スペクトル 2004 4月 2002 施設の主な場所で.

テーブル 3 そのことを示す 16.8% と 34.3% 2基本の割合でND高調波電流は、整流器によって生成された 1 と 2 月に 2004, それぞれ. ザ 4^番目の 高調波電流は、額の中に存在する二番目に大きい偶数次高調波である 8.1% と 6.9% 整流のための基本的なの 1 と 2. また、大規模な生成された2つの整流器 3^RD 量の高調波電流 4.8% と 17.2% 基本波の. ザ 3^RD 高調波電流は、ケースについては、次のセクションに分けて説明します 1.

特性と非特性高調波電流は、整流器の上流に流れていた. 彼らは最初CB6を経, 2整流器の主なフィーダー, 配信システムの他の部分にthendistributed. このような共通バスで会った5次高調波電流などのいくつかの特徴的な高調波, "正しい手のバス", そしてそれらのほとんどはによる2変圧器の位相シフトをキャンセルされた. 表に示すように、 3, ザ 5^番目の 高調波電流は 24.8% 整流器で 1 と 17.1% 整流器で 2, 大部分 5^番目の 高調波電流は、整流器メインバスでキャンセルされている, と 5^番目の 高調波電流はわずかまま 1.8% CB6で.

非高調波特性に従​​って, ザ 2^ND 高調波電流が低減される 12.2% もともとからCB6における基本の 16.8% と 34.3%, 低減された. しかしながら, ザ 4^番目の に高調波電流が増加 26.9% 当初からの基本波の 8.1% と 6.9%. 同様に, 増幅した 4^番目の 高調波電流, 15.4% 基本波の, またCB3で発見される. の増幅の原因 4^番目の 上流の電気回路における高調波電流は、高調波と共振研究を行うことで、検討されている.

共鳴分析が原因高調波フィルタの二つのグループの接続にそのことを示す, 作成されたピークのインピーダンスポイントは次の場所にあります。 4^番目の 調和振動数 (24060Hzのシステムのためのヘルツ). 整流器はあっても高調波電流のかなりの量を生成しているので, 深刻な共鳴と増幅が行われ、大をもたらし 4^番目の システムに流れる高調​​波電流. のシステムの周波数応答特性 10 kVの "整流主要バス"は、図に示されている. 10. での周波数応答特性曲線 10 25MVA変圧器の二次的に接続kVの "メイン·バス"は、図が非常に似ています 10.

図 10 の接続に起因することを示し 5^番目の, 7^番目の, 11^番目の, と 13^番目の ピークインピーダンスポイントは240Hz駆動に位置する単一の調整された高調波フィルタは、いくつかの, 360ヘルツ, 480Hzから720Hzが作成されます. 60Hzのシステムの場合, これらの周波数は、に対応 4^番目の, 6^番目の, 8^番目の と 12^番目の ハーモニックス. ピークインピーダンスポイントは、共振点として知られている. ザ 4^番目の と 6^番目の 表における高調波電流 3 大幅CB6で増加している, これは、高調波resonance.Theの結果である 8^番目の と 12^番目の 表における高調波電流 3 これらの高次偶数高調波電流の整流器の枝ブロック部の2 7MVA変圧器のインダクタンスは、上流システムに通過するので、CB6に明らかな増幅を表示しない.

高調波電流スペクトルは4月に整流リファイアの一つで撮影 2002 通常の動作条件下で整流リファイアの高調波成分を示している (テーブル 3). これは、発見されている第2などの非高調波特性, 3RD, 4番目の, 6第などがその時点で非常に小さかった.

分析は、2つの整流器は、非高調波特性を大量に生成することを示している. 第4回でThenon特性高調波電流, 6次高調波の周波数は、システム内の並列共振による増幅される. それがその理由である 26.9% 4^番目の 高調波電流をt検出されました 10 kVの "整流器主要バス", CB6. 整流器に故障が非特性高調波問題を引き起こした可能性が非常に高いです.

整流器のその後のトラブルは、整流器に不具合がこの問題を引き起こしていることを検証. 誤動作を修正しました, システムから消滅非特性高調波電流が多量.

図 10. 10KV "整流器主要バス"での周波数応答特性.

4. ケース 1: 3次高調波

大量の 3^RD 高調波はまたケースで​​発見された 1 月の整流器の故障時に 2004 (テーブル 3). 最悪の場合は整流器にあった 2 ととも​​に 17.2% の 3^RD 高調波電流. ザ 3^RD 高調波電流もCBで上流の回路に登場 6 とCB 3.

参照[8,9] 説明を提供するユーティリティ電圧不平衡の条件で, このような3番目と9番目の高調波電流などtriplenの高調波はコンバータや整流器に表示することができます. 2つの例に記載されている[9] 460V 30KVA VFDを使用して、異なるライン電圧不平衡条件. ザ 3^RD 基本の割合で高調波電流は 19.2% と 83.7% 対応する 0.3% と 3.75% ライン電圧不平衡, それぞれ. 明らかな線間電圧アンバランスがないこと場合の, ザ 3^RD 高調波電流は 2.1% 同じドライブのために[9].

同じ原理に基づく, ザ 3^RD 高調波電流は3月に採掘施設で整流器に示され 2004 また、線間電圧アンバランスによって引き起こされた. CB三つの相間電圧 8 整流用 2 測定した 6 1測定点との時間3月分ごと 17 2004. ライン電圧不平衡は、各測定点について計算される. 電圧不平衡の計算方法は、に設けられた方程式に基づいている[4]. によると、[4] パーセントの電圧アンバランスが全国電機製造業者協会によって定義され (NEMA)

標準号公報で. MG 1-1993 次のように:

相電圧とは対照的に、線間電圧がこのNEMA標準的に使用されることに注意. 相電圧が使用される場合, 位相角度アンバランスに反映されていない % アンバランスしたがって、位相電圧はほとんど電圧不平衡を計算するために使用されていない[4].

中に計算されたライン電圧不平衡 6 時間トレンドの測定は、図に示されて. 11. 図. 11 ことを示して整流器の電圧アンバランス 2 測定期間の間の範囲の 0.4% と 0.7% 間に入る値のほとんどで 0.5% と 0.6%. なぜ電圧不平衡の値が計算されたラインを説明 3^RD 高調波電流と高かった 17.2% 整流器で 2.

図 11. CB8で計算ライン電圧不平衡, 正す 2 ケースの測定三相線間電圧に基づいて 1.

5. ケース 2: Triplenハーモニクス

ケース 2 複数の可変周波数ドライブを油田配信システムにおけるtriplen高調波問題が解消されてい (VFD) 運転中. VFDはの入力電流波形が真剣に歪んでいる. 根本原因分析では、この問題に対する解決策を見つけることが必要であった.

トラブルシューティングのための最初のステップとして, 測定は、各VFDの入力で撮影された. VFDをのいずれかの測定された電流波形は、図に示されている. 12. その他のVFDは、その入力で同様の電流波形を持っている. それは、2つのこぶが電流波形の各半サイクルのために同じ大きさになっていないことがわかる.

図 12. VFDの入力で測定された電流波形 1.

測定された電流波形に対応する高調波電流スペクトルを図に示します. 13. この電流高調波スペクトルが含まれています 23% 3^RD 高調波電流と 13% 9^番目の 基本の割合で高調波電流. 一方, 偶数次高調波は小さく、内のすべてのです 1.5%. 故に, 電流波形歪みがtriplen高調波によって引き起こされるだけ.

図 13. VFDの入力での高調波電流スペクトル 1.

節と同様に、 4, 480Vの低電圧システムのためのライン電圧不平衡をVFD1ために測定された3つの相間電圧を用いて算出される. 期間はトレンド測定は以上のものです 5 日. 測定期間中に計算されたライン電圧不平衡は、図に示されて. 14. この図は、間の線間電圧アンバランス値の範囲を示しています 0.2% と 0.9% 間に入る値のほとんどで 0.3% と 0.6%. からこのようなライン電圧不平衡と商用電源triplen高調波はVFDはの入力で生成され、駆動入力で深刻な電流波形の歪みにこうしてさらにリード.

故に, それはケースの根本的な原因と結論付けることができる 2 電圧不平衡は、商用電源からのものである.

図 14. ケースについて測定された三相の線間電圧に基づいてVFD1の入力における線間電圧アンバランスを算出 2.

6. 結論

偶数とtriplen高調波を含む非特性高調波は、本論文で検討されている. 2つのケーススタディを実施しています.

ケース 1 産業施設の機器の故障に起因する偶数次高調波の発生を扱う. 偶数次高調波, 特に4番目と6番目の高調波電流を大幅に起因し、システム内の5番目と7番目のシングルにチューニングされた受動的な高調波フィルタの存在に共鳴によって増幅され、. ケース 1 また高いためその根本的な原因を示しています 3^RD 高調波電流 (まで 17% 1整流器で), 電源ラインの電圧アンバランスによって引き起こされる.

における高調波電流 % 基本波の

ケース 2 複数のVFDで油田配信システムにおける重大な電流波形の歪みの問題を提示する. Triplen高調波電流は、VFDはの入力で発見された, それでも高調波電流は、通常のように見える. システム内のすべてのドライブは似たような状況を示して. 1 VFD範囲間の入力で計算されたライン電圧不平衡 0.2% と 0.9% 測定された3つの相間電圧に基づいて. これは、ケースの根本的な原因と結論付けられる 2 ライン電圧不平衡は、商用電源からのものである.

本研究では調査に基づく, 非特性高調波のかなりの量の産業施設に現れたとき, それは何かがシステム内に真剣に間違っている可能性であることを示し. 機器が破損したり、職員が負傷される前に詳細な根本原因分析とトラブルシューティングは、問題の根本原因を特定し、それを解決するために行われるべきである.