Хармонични прилив и одлив: Одређивање правца хармонијске струје помоћу анализе фазног угла

01 Зашто је хармонични правац битан

Мерење величине хармонског напона и изобличења струје у тачки на мрежи говори вам колико је лоша хармоничка ситуација. Не говори вам одакле долазе хармоници. У правој дистрибутивној мрежи, више оптерећења и више хармонијских извора коегзистирају на истој магистрали. Када се идентификује проблем хармоничне усклађености, прво инжењерско питање је: да ли ова инсталација генерише хармонике који излазе у мрежу, или прима хармонике који улазе из мреже? Одговор одређује ко је одговоран за ублажавање.

Ова разлика — хармонични прилив вс. одлив — је основа алокације хармонијске одговорности у јапанским смерницама за дистрибутивну мрежу и све је релевантнији у другим регулаторним оквирима како се границе хармоника пооштравају и вишеструко нелинеарно оптерећење дели заједничке магистрале. Одређивање правца захтева више од мерења ТХД — захтева анализу фазног односа између хармонског напона и хармонијске струје у тачки мерења.[1]

02 Две методе за процену прилива и одлива

Метод 1 — Хармонични поларитет снаге

Први метод користи знак хармонијске активне снаге (П_х) при сваком хармонијском реду. Хармонска снага је производ хармонијског напона, хармоника струја, а косинус фазног угла између њих. Позитивна снага хармоника указује на то да инсталација троши тај хармоник — прилив. Негативна снага хармоника указује на то да генерише тај хармоник — одлив.[1]

Овај метод је теоретски чист, али има практична ограничења: нивои снаге хармоника брзо опадају са повећањем хармонијског реда. Снага 11. хармоника је обично мали део снаге 5. хармоника. По вишим наређењима, хармонијски сигнал снаге се приближава прагу буке мерног инструмента, чинећи одређивање поларитета непоузданим. Овај метод добро функционише за доминантне хармонике нижег реда (3рд, 5ог, 7ог) али постаје непоуздан за 11, 13ог, и изнад.[1]

Метод 2 — Разлика фаза хармоника напон-струја (и)

Други метод користи разлику фазног угла између хармонијског напона и хармонијске струје у сваком хармонијском реду - означеном θ. Ово је робуснији приступ јер се заснива на мерењу фазног угла, а не на величини снаге, а фазни угао се може тачно одредити чак и када су хармонијске величине мале.[1]

За 3-фазне 3-жичне инсталације помоћу методе мерења од 2 метра (3П3В2М), препоручена метрика је збир фазног угла θ_сум — фазна разлика хармоника напон-струја израчуната из збира измерених величина на оба мерна канала. Овај збирни приступ обезбеђује стабилнију и репрезентативнију вредност од појединачних фазних мерења за 3-фазне системе.

03 Меасуремент Сетуп

Конфигурација 3П3В2М користи два струјна сензора и два мерења напона да у потпуности карактерише 3-фазни 3-жични систем. The “сум” Приступ фазног угла је специфичан за ову конфигурацију — комбинује мерења са оба канала да би произвео један θ_сум вредност по хармонијском реду која је репрезентативна за укупни смер струјања 3-фазног хармоника.[1]

04 Примери анализе: Четири хармонијска реда, Четири различита понашања

Следећи примери су извучени из мерења на а 6.6 кВ коло. Временски графикони показују фазну разлику хармоника напон-струја (и_сум) током времена за сваки хармонијски ред. Граница прилива/излива је на ±90°.[1]

Основни (1ст хармоника) и 5. хармоник — Прилив

Смоква. 1. Временски заплет θ_сум за фундаменталне (браон) и 5. хармоника (зелен). Оба остају у зони дотока од -90° до +90° током периода мерења, потврђујући да инсталација троши и основну снагу и 5. хармоник. Извор: Хиоки Е.Е. Корпорација.[1]

Основни талас је у приливу — то је очекивано, пошто инсталација троши стварну енергију из мреже. 5. хармоник је такође претежно прилив, што указује да је доминантни извор 5. хармоника негде другде на мрежи и да га ова инсталација прима. Ова инсталација је жртва загађења 5. хармоника, није његов извор.

3рд хармониц — Излив

Смоква. 2. Временски заплет θ_сум за 3. хармоник (црвен). Фазни угао константно пада изван зоне прилива од ±90°, у опсегу од -180° до -90° или +90° до +180° — потврђујући одлив 3. хармоника. Ова инсталација генерише струју 3. хармоника која тече у мрежу. Извор: Хиоки Е.Е. Корпорација.[1]

3. хармоник је одлив — ова инсталација је извор 3. хармоника. Имајте на уму да је 3. хармоник карактеристичан за једнофазна нелинеарна оптерећења (напајања са прекидачким режимом рада, флуоресцентно осветљење) а не 3-фазни 6-пулсни погони. Његово присуство као изливни хармоник на а 6.6 кВ коло предлаже једнофазно оптерећење на секундарној страни дистрибутивних трансформатора који се напајају из овог кола.

7тх хармониц — Излив

Смоква. 3. Временски заплет θ_сум за 7. хармоник (плав). Одлив потврђен — фазни угао остаје изван зоне дотока од ±90°. Обмотавање од 180° је видљиво као вертикални прелази у трагу. Извор: Хиоки Е.Е. Корпорација.[1]

Седми хармоник је такође одлив. Заједно са 3. хармонијским изливом, ово сугерише да инсталација садржи значајно нелинеарно оптерећење које ствара хармонску струју у 6.6 кВ мрежа. Раније примећен прилив 5. хармоника указује да 5. хармоник на овој магистрали долази однекуд — сопствена генерација 5. хармоника локалне инсталације је маскирана или доминира спољашњим извором 5. хармоника.

Примери пресуде 1 и 2 — Применом θ_авг дисплеј

Смоква. 4. Пример пресуде 1 — и_авг хармонијски временски приказ у ХИОКИ ПКА ХиВИЕВ Про. Приказ просечног фазног угла пружа чистију основу за одређивање дотока/одлива од сировог θ_сум вредности од тачке до тачке. Извор: Хиоки Е.Е. Корпорација.[1]

Смоква. 5. Пример пресуде 2 — и_авг хармонијски временски заплет. Други сценарио који демонстрира примену методологије за процену прилива/одлива користећи приказ просечног фазног угла. Извор: Хиоки Е.Е. Корпорација.[1]

Смоква. 6. ХИОКИ ПКА ХиВИЕВ Про дисплеј хармонијске анализе — табеларни приказ резултата фазне разлике напон-струја хармоника по редоследу хармоника. Извор: Хиоки Е.Е. Корпорација.[1]

Смоква. 7. ХИОКИ ПКА ХиВИЕВ Про збирни приказ резултата процене прилива/одлива хармоника у свим праћеним хармонијским редоследима. Извор: Хиоки Е.Е. Корпорација.[1]

Смоква. 8. ХИОКИ ПКА ХиВИЕВ Про хармонијски временски графикон са индикаторима зоне дотока/излива — границе од ±90° су означене, омогућавајући директно визуелно одређивање хармонијског правца од θ_авг траг. Извор: Хиоки Е.Е. Корпорација.[1]

05 Јапански регулаторни оквир: Границе струје Хармониц Оутфлов

Јапан има један од најразвијенијих националних оквира за хармоничну алокацију одговорности на нивоу дистрибуције. Министарство привреде и индустрије је у септембру издало своје Смернице за контрамере одвраћања хармоника 1994 — успостављање ограничења која се примењују посебно на хармонијску излазну струју од купаца на страни потражње који примају високонапонско или екстра високонапонско напајање.[2]

Границе изобличења напона

• 6.6 кВ систем: Укупно изобличење хармонијског напона ≤ 5%
• Екстра високонапонски систем: Укупно изобличење хармонијског напона ≤ 3%

Границе струје одлива хармоника

Јапанске смернице изражавају границе хармонске струје у милиамперима по киловату уговорене снаге - нормализација која чини ограничења независним од величине потрошача и директно пропорционалним уговору о снази корисника. Горње граничне вредности су наведене по хармонијском реду, са нижим границама за хармонике вишег реда. Нормализација по кВ значи да већи потрошач има пропорционално више хармоничне струје – али такође мора да се придржава сваког хармоничког налога независно.[2]

Овај регулаторни оквир заснован на смеру – ограничавајући одлив, а не укупну хармонску струју – је кључна разлика у односу на ИЕЕЕ 519 приступ тачака заједничког спајања. ИЕЕЕ 519 ограничава хармонску струју коју корисник убризгава у ПЦЦ, што је заправо граница одлива. Јапанска смерница чини концепт одлива експлицитним и примењује га на нивоу појединачног хармонијског реда са нормализацијом по кВ. Методологија мерења описана у овом чланку — θ_сум анализа фазног угла — је алат који ову регулацију засновану на одливу чини ревизијом.

06 ПК Перспецтиве: Смер као дијагностички алат

6.1 Када анализа правца мења дијагнозу

Најважнија импликација анализе хармонијског правца је да мерење високог ТХД-а на улазу у сервис корисника не значи аутоматски да је корисник одговоран за то. Ако је хармонична струја прилив — долази из мреже — купац је жртва, а извор је негде другде на напојној јединици. Захтевање од корисника да инсталира хармонијске филтере у овој ситуацији троши новац и можда уопште неће побољшати хармонску ситуацију у мрежи.

Обрнуто, купац са скромним нивоима ТХД-а на улазу у услугу може и даље бити значајан извор хармонијског одлива ако је њихова уговорена снага велика — јапанска граница по кВ може бити прекорачена чак и када се апсолутни ТХД чини прихватљивим. Анализа правца у сваком хармонијском реду је једини начин да се правилно окарактерише одговорност.

6.2 Практична примена у хармонијском истраживању

Практична секвенца истраживања хармоника користећи ову методологију:

1. Измерите хармонијски напон и струју у тачки од интереса — потврдите да су амплитуде хармоника довољно значајне да оправдају анализу правца
2. Примените θ_сум критеријум за сваки хармонијски ред од интереса
3. Идентификујте који хармонијски налози представљају прилив (мрежни извор) а који су одлив (локални извор)
4. За одливне хармонике: идентификовати одговорна локална нелинеарна оптерећења и проценити опције ублажавања
5. За доводне хармонике: истражите мрежу за одговорни извор — друге купце на истом фидеру, услови резонанције мреже, комуналне опреме

6.3 Веза са серијом чланака ИПКДФ

Технички чланци у овој серији (Чланови 1–3) успоставио хармонијске потписе 6-импулсних погона и њихову интеракцију са мрежним компонентама. Студије случаја су показале шта се дешава када се хармоници не ублаже. Ова техничка референца употпуњује другу димензију слике: методологија мерења потребна да би се утврдило да ли је дата инсталација хармонијски извор или хармонички пријемник — предуслов за доделу одговорности и избор исправне стратегије ублажавања.

Тхе и_сум Овде описана метода фазног угла је специфична за инструмент у својој примени (ХИОКИ ПКА ХиВИЕВ Про у овом примеру) али основни принцип - да је смер хармонске струје одређен фазним односом између хармонијског напона и хармонијске струје - је универзалан. Сваки анализатор квалитета енергије који извештава о хармонијским фазним угловима може подржати ову анализу, уз одговарајуће тумачење мерних конвенција које користи тај инструмент.

Референце

1. [1] Хиоки Е.Е. Корпорација, “Прилива и одлива хармоника,” у Водич за мерење квалитета напајања, Хиоки Е.Е. Корпорација, Нагано, Јапан. Доступан: хиоки.цом
2. [2] Министарство привреде, Трговина и индустрија (ПУТ), Јапан, “Смернице за контрамере одвраћања хармоника на страни захтева која прима висок или екстра висок напон,” Службени извештај, Септембар 30, 1994.