배포 네트워크에서 두 공진 포인트를 완화하기 위해 고조파 필터 설계

1. 소개

고조파 왜곡을 통해 증가하는 불안이 높은 비선형 전력 전자 장치의 설치 및 응용 프로그램에서 유래, VSD로 (가변 속도 드라이브) 업계의 전원 장치를 제어 할 수 [1].

의 전압에 의해 공급하는 경우 50 Hz에서, 비선형 부하는 파형의 왜곡을 일으키는 원인이 네트워크를 통과 고조파 전류를 그립니다 [2]. 유도 성 부하는 무효 전력을 흡수. 병렬 커패시터를 설치하면 역률을 향상시킬 것입니다, 그들은 무효 전력을 제공하기 때문에 [3]. 버스 전압은 부하 수요 증가로 인해 감소. 그것은 전략적으로 공칭 값으로 전압 프로파일을 다시 마련하기 위해 콘덴서를 배치하는 것이 일반적입니다 [4]. 그들은 고조파 공진이 발생할 수있는 고조파가 시스템에 존재하는 경우 버스 전압을 증가하고 역률을 개선하는 데 사용되는 커패시터는 네트워크에 유해한 영향을 미칠 수.

병렬 공진 발생했을 때의 진폭 용량과 유도 리액턴스는 동일. 병렬 공진 피크 비선형 부하 특성 고조파 주입의 주파수와 일치하는 경우, 높은 전압과 전류는 네트워크 장비에 손상을 일으킬 수있는 흐를 수. IEEE 표준. 519-1992 사용자가 PCC의 허용 수준 이내에 전압 및 전류 왜곡을 유지할 수 있도록하기 위해 만들어졌습니다 (공통 결합 점).

유통 시스템의 왜곡 점점 더 커지고있는 수준은 가장 전략적인 위치에 고조파 필터 설치에 포함 할 수 있습니다 [5]. 가장 일반적으로 사용되는 고조파 필터는 하이 패스 필터와 단일 조정 필터입니다. 참고 문헌. [6-8] 전압 및 전류 왜곡은 IEEE 표준에 따라 허용 가능한 수준으로 내려왔다하는 방법에 대해 설명. 519-1992 수동 필터를 사용하여.

커패시터에 의해 발생하는 병렬 공진 포인트가 어디 이러한 모든 경우는 상황을 조사하면서, 그들 중 누구도 두 개의 병렬 공진 포인트가 발생하는 원인이되는 네트워크에 위치한 두 개의 션트 커패시터가 사건과 관련이 없습니다. 이런 이유로, 그것은 고조파 연구를 수행 할 수 있으며 콘덴서 역률 보정 및 버스 전압 조절을 위해 설치 한 다음에 의해 발생하는 왜곡을 줄일 수있는 최선의 해결책을 제공하는 경우 병렬 공진이 발생했을 때 평가할 수있는 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 네트워크를 만드는 데 필요한 것으로 간주되었다 . 솔루션은 시스템이 IEEE Std.519-1992 전압 및 전류 제한 내에 있는지 확인해야합니다.

2. 연구 문

본 연구의 목적은 전원 커패시터로 인한 시스템에서 두 개의 공진 포인트가 발생하는 시나리오를 조사하는 것입니다. 버스 전압은 의도적으로 NRS 아래로 낮아 048-2:2004 전압 한계 6% 션트 커패시터는 소비자 버스에 연결된 역률 콘덴서와 함께 공칭 값으로 전압 한계를 개선하기 위해 추가 된 시스템에서 공진이 발생하도록 [9]. 추가 목적 때문에 여러 공진 점의 병렬 공진에 의한 고조파 왜곡을 줄이기 위해 단일 ​​조정 및 하이 패스 고조파 필터를 설계하는 것입니다. 전압과 전류 왜곡 IEEE 표준을 초과하지 않아야. 519-1992 PPC의 한계.

3. 방법론

네트워크 DIgSILENT에서 시뮬레이션했다 14 전원 공장 소프트웨어. 커패시터 네트워크에 존재와 조화 연구는 먼저 커패시터없이 실시 하였다. 하이 패스 필터와 단일 조정 필터는 네트워크에서 두 개의 서로 다른 지점에 설치되었다. 다른 시나리오의 각시, 시스템 특성 차수 공진이 발생하는 결정을 확인 하였다. PCC의 전압과 전류 왜곡은 또한 IEEE 표준 안에 들어 있는지 여부를 관찰 하였다. 519-1992.

4. 이론적 배경

4.1 모선 전압 조절

버스 전압은 NRS 아래로 감소 하였다 048-2:2004 전압 한계는 표에서와 같이 1 [9].

표 1 NRS 048-2 전압 한계.

4.2 고조파 필터 설계

(1) 커패시터 크기

필터 커패시터의 크기는 부스 역률을 향상하는 데 필요한 무효 전력에 의해 결정되어야한다. 다음 방정식은 커패시턴스의 값을 결정할 때 활성 및 무효 전력 사이의 관계를 설명하는 데 사용되는:

큐C 총 용량 무효 전력입니다. PF1 커패시터가 추가되어 전에 전원 요인 PF2 커패시터 후 역률이 추가됩니다. 피 실제 power.Real 힘에 의해 계산됩니다:

*

어디에서: 에 = 상 전압, 나는 = 상 현재; 피 = 실제 전력 및 큐 = 무효 전력.

(2) 단일 조정 필터

이 유형의 필터 리액터와 직렬 커패시터로 구성. 단일 조정 필터는 특정 고조파를 포집 좋다. 그것은 역률 보정을 위해 필요한 부분 또는 전부 무효 전력을 제공 [6].

(3) 하이 패스 필터

필터는 저항과 리액터의 조합으로 시리즈 커패시터로 구성. 하이 패스 필터는 높은 주파수는 통과 통해 하나 [10].

(4) 아래의 수식 하이 패스 필터와 단일 조정 필터를 설계하는 데 사용할 수있는 필터 설계 방정식. 용량 리액턴스 (엑스_C):

유도 리액턴스 (엑스L): 엑스

특징 리액턴스 (엑스N):

필터의 무효 전력 (큐에프):

단일 조정 저항기 (R에스):

하이 패스 저항 (RH):

어디에서: HN = 조정 순서; 큐 = 품질 요소.

(5) 품질 요인

The 큐-인자 (품질 계수) 필터 저항 값에 의해 결정이 조정되는 주파수의 선명도를 결정합니다 [11]. The 큐-단일 조정 필터 요소 사이에 일반적입니다 30 과 100 [10]. 저와 고조파 필터 큐-하이 패스 필터와 같은 요소 사이의 Q-인자를 가지고 0.5 과 5 [10].

(6) 필터 튜닝 순서의 선택

필터 튜닝 3%-15% 필터링되는 차수 이하 [12].

4.3 고조파 왜곡 제한에 대한 계산

개별 고조파 전압 왜곡 (HD_에):

총 고조파 전압 왜곡 (THD_에):

개별 고조파 전류 왜곡 (HD나는):

총 수요 왜곡 (TDD나는):

어디에서:

나는H = 고조파 전류 크기;

나는L 전류 = 기본 구성 요소의 최대 수요 부하;

나는1 기본 주파수 = 현재 (에프1 = 50 HZ).

SCR (단락 비율):

어디에서: 나는SC PCC에서 = 단락 회로 전류.

4.4 IEEE 표준. 519-1992 제한

이 표준은 공통 결합 점에서 측정 된 고조파 왜곡에 대한 제한을 권장 [13]. 소비자가 유틸리티 네트워크에 삽입 할 수 있습니다 고조파 전류 왜곡의 대부분의 금액은 테이블의 제한에 의해 지정됩니다 2 [14, 15]. PCC에서 왜곡 한계를 검토하는 데 필요한 데이터 만 테이블에 표시됩니다 2 과 3.

표 2 IEEE STD 519-1992 현재의 왜곡 한계.

소비자에게 깨끗하고 왜곡 전압의 공급은 유틸리티의 책임입니다 [14]. 그들은 고조파 전류 제한을 충족하지 않을 경우 고객은 왜곡 된 전압의 죄가 될 수 [14]. 고조파 전압 기준은 표에 표시됩니다 3 [15].

표 3 IEEE STD 519-1992 전압 왜곡 한계.

5. 한 줄 다이어그램

조사 네트워크 DIgSILENT에서 모델링 된 14 전원 공장 소프트웨어. 네트워크는 세 가지 부하로 구성; 하나는 비선형 (VOD) 표에서와 같이 고조파 스펙트럼 4.

표 4 부하 고조파 스펙트럼 3.

BUS 3 PCC 및 네트워크 매개 변수는 그림에 나와있다이다. 1.

6. 시뮬레이션 사례

사례 연구 1

그림에서 네트워크. 1 모델링 된, 시뮬레이션 및 PCC가 관찰되었다. 고객의 역률 각 버스의 전압은 기록 된.

사례 연구 2

의 값 커패시터 8.6 MVAR는 BUS에 연결되어 2 버스의 버스 전압을 증가 2 및 버스 5 과에서 시스템의 역률을 증가 0.92 에 0.99. 또 다른 커패시터 (0.9 MVAR) 부하와 병렬로 연결되어 3 에서 역률을 증가 0.88 에 0.97.

사례 연구 3

단일 동조 필터는 버스에서 커패시터를 사용하여 설계되었다 2. 필터는 조정 된 5% 제 5 고조파 주문 i.e 아래. 4.75일. 주요 아이디어는 고조파를 피하기보다는 특정 한 감소했다. 버스에서 커패시터 5 여전히 연결되어.

사례 연구 4

단일 조정 필터는 사례 연구에서 제거 3 그리고 4.75th 고조파 하이 패스 필터로 교체. 이 필터는 고조파를 방지하기 위해 설계되었습니다.

사례 연구 5

버스에서 필터 2 사례 연구 4 로 대체되었습니다 8.6 MVAR 커패시터 및 4.75th 고조파 단일 조정 필터는 버스에서 진상 콘덴서에서 설계되었습니다 5.

사례 연구 6

사례 연구에서 단일 조정 필터 5 4.75th 고조파 하이 패스 필터로 대체되었습니다.

단락 비율이있는 것으로 발견되었다 < 20 모든 경우에 대한 카테고리. 결과는 PCC에 기록 된.

7. 검색 결과

커패시터에 가까운 두 개의 공진을 발생 5, 11.

그림 2. 사례 연구의 임피던스 검사 2 PCC에서 수행

다른 고조파 i.e. 7일, 13일, 17세기와 19은 IEEE 표준에서 떨어졌다. 519 제한. 그림. 2, 비율 왜곡 (HD에) 5, 11 고조파 전류에 의해 발생하는 것은 볼 수 있습니다. 무화과. 3 전체 수요의 왜곡을 보여줍니다 (TDD나는) PCC에서.

그림 3. 의 비교 5 및 11 (HDV) 사례 연구 결과 1-6

총 전압 왜곡 (THD에) PCC의 전압 계산은 그림에 표시됩니다. 4.

그림 4 전체 수요의 왜곡을 보여줍니다 (DDI) PCC에서.

그림 4. 사례 연구 TDDI 결과의 비교 1-6

총 전압 왜곡 (THDV) PCC의 전압 계산은 그림에 표시됩니다 5:

그림 5. 사례 연구 THDV 결과의 비교 1-6

임피던스 검사는 사례에서 찍은 2, 5 과 6. 임피던스의 차이는 그림에서 볼 수. 6.

그림 6. 사례 연구의 임피던스 검사의 비교 2, 3 과 4, PCC에서 수행

임피던스 검사는 사례 연구의 수행 하였다 2, 5 과 6. 임피던스의 차이는 그림에서 볼 수 7:

그림 7. 사례 연구의 임피던스 검사의 비교 2, 5 과 6, PCC에서 수행

8. 결과 분석

사례 연구 1 과 2

이 사례 연구에서 볼 수 1 네트워크는 네트워크가없는 고조파 왜곡 옆했다, 버스 전압을 증가하는 역률 커패시터와 커패시터가 추가되기 전에. 커패시터는 사례 연구에 추가 2 5, 11 차수 근처를 발생시킨 병렬 공진, 그림에서 볼 수. 7. 부하 주입 5, 11 전류 3 공진 점과 전류 사이의 상호 작용을 발생하고 고조파 공진이 발생하는 원인. 이 5, 11 전압 왜곡 11 현재의 왜곡을 증가, IEEE 표준 위의 총 수요의 왜곡 등. 519-1992 제한.

사례 연구 3 과 4

단일 조정 및 하이 패스 필터는 거의 정확하게 된 바와 같이 그들이 감소 왜곡 수준에 동일한 인해 수행. 1 과 2. 공진 지점은 성공적으로 이동 그림에서 볼 수 있었다. 5, 성공은 시스템 버스 전압을 증가시키고 역률 개선이 있었다.

사례 연구 5 과 6

고조파 필터는 사례 연구의 필터와 동일하게 수행 3 과 4, 무화과에 표시된 감소 왜곡으로도 인해. 2-4 과 7 즉, 거의 정확하게 동일 하. 공진 피크가 성공적으로 그림과 같이 이동되었습니다. 6. 또한 고객을 위해 필요한 역률을 제공하는 필터는 버스에 연결 5.