IEEE 및 UK G5/5 기반의 고조파 연구

유틸리티 표준 준수를 입증하기 위해 조화 연구를 수행하는 것은 현대 전력 시스템을 그리드에 연결하는 데 중요한 기술 프로세스입니다.. 인버터 기반 자원 및 비선형 부하의 확산으로, 유틸리티는 이제 IEEE와 같은 표준을 엄격하게 시행합니다. 519 또는 UK G5/5로 전력 품질과 시스템 안정성 보장.

다음은 조화 연구를 수행하기 위한 체계적인 방법론을 설명하는 기술 가이드입니다., 현재의 국제 표준을 기반으로.

1. 기본 개념 및 규제 프레임워크

계산을 시작하기 전에, 지배적인 표준과 관련 물리적 현상을 이해하는 것이 필수적입니다..

1.1 고조파 왜곡 이해

고조파는 기본 주파수의 정수배인 주파수를 갖는 정현파 전압 또는 전류입니다. (예를 들면, 60 Hz 또는 50 Hz에서) . They are generated by non-linear loads such as variable frequency drives, LED lighting, and inverters. These distortions can lead to equipment overheating, transformer losses, and protection mal-operation .

1.2 Applicable Standards

The choice of standard depends on your geographic location and utility requirements:

IEEE 표준 519-2014: Used primarily in North America, this standard sets the quality of power at the Point of Common Coupling (PCC). It limits both the Individual Harmonic Distortion (IHD) and the Total Harmonic Distortion (THD) of voltage and current .
Engineering Recommendation G5/5: Mandatory in the UK, this standard requires a more stringent assessment of both incremental (your plant’s contribution) and total (background + incremental) harmonic voltages, often evaluated up to the 100th harmonic .

2. Data Acquisition and System Modeling

The accuracy of a harmonic study is entirely dependent on the quality of input data.

2.1 Utility Data (Point of Common Coupling)

You must obtain the following from the Distribution Network Operator (DNO) or utility:

Background Harmonic Voltages: Typically based on two weeks of measured data at the PCC to capture normal operating variations .
Harmonic Impedance Loci: This describes how the network impedance varies with frequency. It is critical for identifying potential resonance. The preferred format is ungrouped envelopes for each harmonic order .
Grid Strength: Usually expressed as the Short Circuit Ratio (SCR) at the PCC.

2.2 Equipment Data (OEM)

The Original Equipment Manufacturer (OEM) must provide a Norton Equivalent Model of the plant (inverter, 드라이브, 기타). This model, essential for accurate simulation, consists of two parts for each frequency :

Norton Current Source: The magnitude and phase angle of the harmonic current injected by the device.
Norton Impedance: The internal impedance of the device, which affects how it interacts with grid resonances.

기본적인 (50 Hz에서) 화성학 Distorted waveform

3회 12%

5일 20%

7일 10%

11일 5%

13일 4%

THD = 23.1% Crest factor = 1.38 Peak = 1.32 수

그림 1: Harmonics Example (Interactive)

Distorted waveform resulting from the combination of fundamental and harmonic frequencies (Fully interactive).

3. Step-by-Step Harmonic Analysis Methodology

Once the data is gathered, the study proceeds through a series of analytical steps using specialized software (예를 들면, ETAP, DIgSILENT PowerFactory).

3.1 Frequency Scan Analysis

The first step is a frequency sweep to identify resonant conditions. The software injects a current of varying frequency and measures the impedance.

목표: Identify parallel (high impedance) and series (low impedance) resonance points.
Risk: If a resonance peak aligns with a characteristic harmonic frequency (예를 들면, 5일, 7일, 11일), harmonic voltages will be amplified, leading to high distortion .

Impedance |제트| (제트) Inductive ωL Capacitive 1/ωC Resonance (300 Hz에서)

에프₁ = 60 Hz에서 — fundamental 에프_res = 300 Hz에서 — 5th harmonic order 제트_피크 ≈ 38 제트 — parallel resonance Q ≈ 8 — quality factor

그림 2: Harmonics Resonance at the 5th harmonic (example)

Impedance vs. Frequency plot showing a parallel resonance peak.

Using the Norton model of the plant and the grid impedance, calculate the voltage distortion caused only by your new equipment.

3.2 Calculate Incremental Harmonic Voltages

에프 o r 엠 너 l a : 에_{H} = {나는}_{H} \times {제트}_{H}

Formula: V_{H} = I_{H} \times Z_{H}

어디에서: 에_H is the harmonic voltage, 나는_H is the harmonic current, 과 제트_H is the grid impedance at harmonic order H.

Compliance Check: This value must be below the "Incremental Limits" set by the utility or standard (예를 들면, G5/5 Stage 1 제한) .

3.3 Calculate Total Harmonic Distortion

This combines the incremental contribution with pre-existing background distortion.

Total Voltage Harmonic Distortion (THDv): The root mean square (RMS) of all harmonic voltages, expressed as a percentage of the fundamental voltage.
Compliance Check: The THDv and individual harmonic voltages must remain below the "Total Limits" (예를 들면, IEEE 519 limits for voltage quality or G5/5 Planning Levels) .

체계: 50 Hz에서 60 Hz에서 Voltage level (IEEE 519):

Measured IHD (%에) IEEE 519 limit G5/5 planning level

THDv = - IEEE 519 THD limit = - Status: -

그림 3: Voltage Harmonics (Interactive)

Bar chart representation of individual harmonic voltages (VN) as a percentage of the fundamental .

G5/5 and similar standards require checking that the new connection does not negatively affect neighboring customers. This involves simulating the impact at adjacent substations or sensitive locations (hospitals, data centers) .

Plant — Norton model (OEM) Utility / grid 공통 결합 지점 나는ₙ(H) 노턴 현재 Zₙ(H) 노턴 임피던스 나ₕ → Vₕ Zg(H) 그리드 임피던스 Vₕ = 나ₙ(H) · Zg(H) · Zₙ(H) / ( Zₙ(H) + Zg(H) ) Zₙ >> Zg일 때 단순화됨 : Vₕ ₙ Iₙ(H) · Zg(H)

그림 4: 고조파 임피던스 위치

R-X 평면에 표시된 임피던스 궤적, 주파수에 따라 임피던스가 어떻게 변하는지 보여주기 [소환:4].

마지막 단계는 결과를 유틸리티에 대한 공식 보고서로 편집하는 것입니다..

4. 규정 준수 확인 및 보고

4.1 한계와의 비교

계산된 값을 표준 한계와 비교하는 요약 테이블을 만듭니다.. IEEE의 경우 519, 여기에는 확인이 포함됩니다:

IEEE 519 표 1: PCC의 전압 왜곡 제한.
IEEE 519 표 2: I_에 따른 전류 왜곡 한계{SC}/I_L 비율 (단락 전류 대. 부하 전류) .

4.2 완화 전략

한도를 초과한 경우, 연구는 해결책을 제시해야 한다:

수동 필터: 특정 고조파 주파수를 분류하도록 조정됨.
활성 고조파 필터: 고조파를 취소하기 위해 반대 전류를 주입합니다..
임피던스 수정: 시스템 디튠을 위해 변압기 연결 변경 또는 리액터 추가 .

4.3 3단계 인증 지침

최근 IEEE 지침에 설명된 대로, 규정 준수는 3단계 프로세스로 요약될 수 있습니다. :

1. 상호 연결 지점에서 데이터 측정 (그 다음에).
2. 데이터에 대한 통계적 평가 수행.
3. 결과를 올바른 IEEE 제한과 비교.