Projeto filtro harmônico para Mitigar Dois pontos ressonantes em uma rede de distribuição

1. Introdução

O desconforto aumentando ao longo distorções harmónicas decorre da instalação e aplicação de dispositivos altamente não-lineares de electrónica de potência, como VSD (acionamentos de velocidade variável) para controlar o aparelho de poder na indústria [1].

Quando alimentado por uma tensão de 50 Hz, uma carga não-linear chama correntes harmônicas que penetram redes causando distorções de forma de onda [2]. As cargas indutivas absorver potência reativa. Instalando capacitores paralelos vai melhorar o fator de potência, porque eles fornecem energia reativa [3]. Tensões Ônibus diminuir devido ao aumento da demanda de carga. É comum para colocar estrategicamente bancos de capacitores para ajudar a levantar o perfil de tensão para os valores nominais [4]. Os capacitores utilizados para aumentar a tensão do barramento e melhorar o fator de potência pode ter efeitos prejudiciais sobre a rede quando harmônicas estão presentes no sistema, pois podem causar ressonância harmônica de ocorrer.

Ressonância paralelo ocorre quando as magnitudes capacitiva e reatância indutiva são iguais. Se o pico de ressonância paralelo está alinhado com a frequência de uma característica harmónica injectado pela carga não-lineares, alta tensão e as correntes podem fluir, que pode causar danos ao equipamento na rede. O padrão IEEE. 519-1992 foi criado para ajudar o usuário a manter estes tensão e distorções atuais dentro de um nível aceitável no PCC (ponto de acoplamento comum).

Os níveis crescentes de distorção em sistemas de distribuição pode ser melhor contida pela instalação de filtros de harmónicas em locais estratégicos [5]. Os filtros de harmônicas mais comumente utilizados são o filtro passa-alta eo único filtro sintonizado. Refs. [6-8] discutir como tensão e distorções atuais são derrubados para níveis aceitáveis ​​de acordo com o padrão IEEE. 519-1992 usando filtros passivos.

Embora todos estes casos investigar uma situação em que há um ponto de ressonância paralelo causada por um condensador, nenhum deles refere-se um caso em que existem dois condensadores de derivação situado na rede causando dois pontos ressonantes paralelos para ocorrer. Por esta razão, julgou-se necessária a criação de uma rede utilizando o software de simulação que podem conduzir estudos harmônicos e pode avaliar quando ressonância paralela ocorre se os capacitores são instalados para correção de fator de potência e regulação da tensão de ônibus e depois vem com a melhor solução para reduzir as distorções causadas pela ressonância usando filtros de harmônicas. As soluções têm de assegurar que o sistema está dentro da tensão Std.519-1992 IEEE e limitações actuais.

2. Declaração de Pesquisa

O objetivo desta pesquisa é investigar um cenário em que dois pontos ressonantes ocorrem em um sistema causado por capacitores de potência. A tensão do barramento é propositadamente reduzida abaixo dos NRS 048-2:2004 limite de tensão de 6% de modo que o capacitor shunt adicionado para melhorar o limite de tensão para o valor nominal, juntamente com o condensador do factor de potência ligado ao barramento do consumidor faz a ressonância no sistema [9]. Um objetivo adicional é projetar afinado única e high-pass filtros de harmônicas para reduzir as distorções harmônicas causadas pela ressonância paralela por causa de vários pontos ressonantes. A tensão e as distorções atuais não deve exceder IEEE. 519-1992 limitações na PPC.

3. Metodologia

A rede foi simulado em DIgSILENT 14 software de fábrica poder. Estudos de harmónicas foram conduzidos primeiro sem condensadores e, em seguida, com condensadores presentes na rede. Filtros passa alta e filtros individuais afinado foram instalados em dois pontos diferentes da rede. Durante cada um dos diferentes cenários, o sistema foi verificado para determinar em que ordem harmônica característica de ressonância ocorreu. A tensão e as distorções atuais no PCC também foram observados para ver se ele caiu dentro do IEEE. 519-1992.

4. Fundo Teórica

4.1 Barramento da regulagem da voltagem

As tensões de ônibus foram reduzidas abaixo NRS 048-2:2004 limite de tensão como mostrado na Tabela 1 [9].

Mesa 1 NRS 048-2 limites de tensão.

4.2 Filtro projeto Harmônica

(1) Tamanho Capacitor

O tamanho do condensador para os filtros devem ser determinada pela potência reactiva necessária para aumentar o factor de potência do barramento. A equação a seguir é usado para descrever a relação entre a potência ativa e reativa ao decidir o valor de capacitância:

Qc é a potência reativa capacitiva total de. PF1 é o fator de potência antes do capacitor é adicionado e PF2 é o fator de potência após o capacitor é adicionada. P é a energia power.Real real é calculado pela:

*

onde: Em = Tensão de fase, Eu = Corrente de fase; P = Potência real e Q = Potência reativa.

(2) Filtro Single-sintonizada

Este tipo de filtro é constituída por um condensador em série com um reactor. O filtro único sintonizado é bom para capturar uma harmônica específica. Dá uma parte ou toda a energia reativa necessária para correção do fator de potência [6].

(3) Filtro passa-alta

O filtro é constituído por um condensador em série com uma combinação de uma resistência e de um reactor. Um filtro passa alta é aquela através da qual as freqüências mais altas passam [10].

(4) Equações de design de filtro as fórmulas indicadas a seguir podem ser utilizados para a concepção de um filtro passa-alto e um único filtro sintonizado. Reatância capacitiva (X_C):

Reatância indutiva (XO): X

Reatância Característica (Xn):

A potência reativa do filtro (QF):

Resistor Single-sintonizada (RS):

Passa-alta resistência (RH):

onde: hn = Ordem Sintonia; Q = Fator de Qualidade.

(5) Qualidade de fator

O Q-fator (fator de qualidade) é determinada pelo valor do resistor de filtro e determina a nitidez da frequência à qual está sintonizado [11]. O Q-fator de um único filtro sintonizado é normalmente entre 30 e 100 [10]. Filtros de harmônicas com um baixo Q-fator como o filtro passa-alta tem um fator Q entre 0.5 e 5 [10].

(6) Seleção de filtro a fim de sintonia

Filtros estão sintonizados 3%-15% abaixo a ordem harmônica que está sendo filtrado [12].

4.3 Cálculos para Limites Harmonic Distortion

Distorção de tensão harmônica individual (HD_Em):

Distorção total de tensão harmônica (THD_Em):

Distorção harmônica individual (HDEu):

Distorção total da demanda (TDDEu):

onde:

Euh = Magnitude da corrente harmônica;

EuO = Corrente de carga máxima exigência fundamental componente;

Eu1 = Corrente na freqüência fundamental (f1 = 50 HZ).

SCR (relação de curto-circuito):

onde: EuSC = Corrente de curto-circuito no PCC.

4.4 IEEE Std. 519-1992 Limitações

A norma recomenda restrições para distorções harmônicas medidos no ponto de acoplamento comum [13]. A maior quantidade de distorção harmônica de um consumidor pode injetar na rede utilitário é especificado pelo limite na Tabela 2 [14, 15]. Apenas os dados necessários para examinar os limites de distorção no CCP são mostradas nas Tabelas 2 e 3.

Mesa 2 IEEE STD 519-1992 limites de distorção de corrente.

O fornecimento de uma tensão sem distorções limpa para os consumidores é a responsabilidade do utilitário [14]. Os clientes só podem ser culpados de distorcer a tensão se eles não cumprem os limites de correntes harmônicas [14]. Os limites harmónicos de tensão são mostrados na Tabela 3 [15].

Mesa 3 IEEE STD 519-1992 limites de distorção de tensão.

5. Uma Linha Diagrama

A rede investigada foi modelado em DIgSILENT 14 software de fábrica poder. A rede é composta de três cargas; um é não-linear (VOD) com um espectro de harmónica mostrado na Tabela 4.

Mesa 4 Espectro harmônico de carga 3.

BUS 3 é o PCC e os parâmetros de rede são dadas na Fig.. 1.

6. Casos de Simulação

Estudo de caso 1

A rede da Fig.. 1 foi modelado, simuladas e o PCC foi observada. O fator de potência dos clientes ea tensão em cada ônibus também foi registrado.

Estudo de caso 2

Um capacitor com o valor de 8.6 MVAr foi conectado em BUS 2 para aumentar as tensões da barra de BUS 2 e BUS 5 e aumentar o factor de potência do sistema a partir de 0.92 para 0.99. Outro capacitor (0.9 MVAr) foi ligado em paralelo com a carga 3 para aumentar o factor de potência a partir de 0.88 para 0.97.

Estudo de caso 3

Um filtro sintonizado único foi concebido usando o capacitor em BUS 2. O filtro foi ajustado 5% abaixo do 5 º i. ordem harmônica. 4.75ª. A idéia principal era evitar harmônicos, em vez de diminuir um específico. O capacitor em BUS 5 ainda estava ligado.

Estudo de caso 4

O filtro único sintonizado foi removido em estudo de caso 3 e substituído por um filtro passa-alta harmônica 4.75th. Este filtro também foi concebido para evitar harmónicas.

Estudo de caso 5

O filtro em BUS 2 em estudo de caso 4 foi substituído com o 8.6 Capacitor MVAr e um filtro único sintonizado harmônica 4.75th foi projetado desde o capacitor de correção do fator de potência em BUS 5.

Estudo de caso 6

O filtro único afinado de estudo de caso 5 foi substituído por um filtro passa-alta harmônica 4.75th.

A proporção de curto-circuito foi encontrado para estar na < 20 categoria para todos os casos. Os resultados foram registrados pelo PCC.

7. Resultados

Capacitores causou duas ressonâncias perto de 5 e 11.

Figura 2. Verificação de impedância de Estudo de Caso 2 realizado no PCC

Outros harmônicos i.. 7ª, 13ª, 17º e 19 caíram dentro do IEEE. 519 limites. Na Fig.. 2, as distorções percentuais (HDEm) causado pelas correntes harmônicas 5 e 11 pode ser visto. Figo. 3 mostra o total das distorções demanda (TDDEu) pelo PCC.

Figura 3. Comparação entre 5 e 11 (HDV) resultados de estudos de caso 1-6

Distorção total de tensão (THDEm) calculada a partir de tensões nos PCC é mostrado na Fig.. 4.

Figura 4 mostra o total das distorções demanda (TDDI) pelo PCC.

Figura 4. Comparação dos resultados TDDi de estudos de caso 1-6

Distorção total de tensão (THDV) calculada a partir de tensões nos PCC é mostrado na figura 5:

Figura 5. Comparação dos resultados THDV de estudos de caso 1-6

Varreduras de impedância foram feitas a partir de estudos de caso 2, 5 e 6. A diferença na impedância pode ser visto na Fig.. 6.

Figura 6. Comparação de scans impedância do Estudo de Caso 2, 3 e 4, realizado no PCC

Scans de impedância foram tidas em Estudo de Caso 2, 5 e 6. A diferença na impedância pode ser visto na figura 7:

Figura 7. Comparação de scans impedância do Estudo de Caso 2, 5 e 6, realizado no PCC

8. Análise dos Resultados

Os estudos de caso 1 e 2

Pode ser visto a partir de estudo de caso 1 que a rede era quase nenhuma distorção harmônica na rede, antes foram adicionados os capacitores de fator de potência e do capacitor para aumentar a tensão do barramento. Os capacitores adicionados no estudo de caso 2 ressonância paralela causou a ocorrer perto do fim harmônica 5 ª e 11 ª, visto na Fig.. 7. As correntes de 5 e 11 injetados pela carga 3 causou uma interacção entre os pontos de ressonância e as correntes e causou uma ressonância harmónica para ocorrer. Isso aumentou as distorções de tensão 5 º e 11 º e as distorções atuais 11 º, incluindo a distorção demanda total acima do padrão IEEE. 519-1992 limitações.

Estudo de caso 3 e 4

O single-afinado e filtros passa-alta realizados quase exatamente o mesmo, devido aos níveis de distorção eles diminuíram, como mostrado nas Figuras. 1 e 2. Os pontos de ressonância também foram transferidos com êxito visto na Fig.. 5, e não houve sucesso em aumentar as tensões na barra do sistema e melhorar o fator de potência.

Os estudos de caso 5 e 6

Filtros de harmónicas realizado o mesmo que os filtros em estudos de caso 3 e 4, Também, devido às distorções menor mostrado nas Figs. 2-4 e 7 que eram quase exatamente o mesmo. Os picos de ressonância também foram transferidos com êxito, como mostrado na Fig.. 6. Os filtros ainda proporcionado o factor de potência necessária para o cliente ligado ao BUS 5.