作者: Sybrand贝斯特 (电子邮件: bestersj@gmail.com) 和加里·阿特金森望 (电子邮件: atkinsonhopeg@cput.ac.za) 技术的开普半岛大学, Belville 7539, 南非
通讯作者: 加里·阿特金森望, 博士, 研究领域: VDC和谐波分析, 计算研究. 电子邮件: atkinsonhopeg@cput.ac.za.
中国能源与动力工程学院 6 (2012) 2018-2023
1. 介绍
日益不安以上的谐波失真从高度非线性的电力电子器件的安装和应用茎, 像VSD (变速驱动器) 控制电源装置在业内 [1].
当由一个电压供给 50 赫兹, 非线性负载消耗穿透网络造成波形畸变谐波电流 [2]. 感性负载吸收无功功率. 安装并联电容器将改善功率因数, 因为它们提供的无功功率 [3]. 总线电压因负载需求的增加而降低. 这是常见的策略性地电容器组，以帮助提高电压档回标称值 [4]. 用于提高总线电压和提高功率因数的电容器可以具有当谐波存在在系统中，因为它们能引起谐波共振发生在网络上的有害影响.
并联谐振发生时的幅值 电容性和电感性电抗相等. 如果并联谐振峰与由非线性负载注入一个特征谐波的频率一致, 高电压和电流可以流动，从而造成损坏设备在网络中的. IEEE标准. 519-1992 是为了帮助用户保持这些电压和电流失真在可接受的水平在PCC (公共耦合点).
失真的配电系统不断升级的水平可以通过谐波滤波器在战略位置上安装最好包含 [5]. 最常用的谐波滤波器是高通滤波器和所述单调谐滤波器. 参考文献. [6-8] 讨论如何电压和电流的失真被降低到可接受的水平，根据IEEE标准. 519-1992 使用无源滤波器.
而所有这些情况进行调查的情况下有是由一个电容一个并行谐振点, 他们没有涉及的地方有位于网络造成两并联谐振点发生在两个并联电容器的情况下. 为此, 它认为有必要创建一个使用模拟软件的网络，可以进行谐波研究和时，如果电容器安装功率因数校正和总线电压调节并联谐振发生时能够评估和再拿出最佳的解决方案，以减少造成的扭曲利用共振谐波滤波器. 该解决方案必须确保系统内的IEEE Std.519-1992的电压和电流限制.
2. 研究报告
本研究的目的是研究这样一种情况发生在由于电源电容器一个系统中的两个谐振点的. 总线电压是有意降低到低于该NRS 048-2:2004 的电压限制 6% 以使并联电容器的加入提高了电压限制到标称值连同功率因数电容器连接在消费者总线使共振系统中的 [9]. 一个额外的目标是设计单调谐和高通谐波滤波器，以减少所造成的并联谐振的谐波失真，因为多个谐振点的. 电压和电流的畸变不超过IEEE标准. 519-1992 在PPC的局限.
3. 方法论
该网络是模拟在DIgSILENT 14 电源出厂软件. 谐波研究而不电容器被首先进行，然后与存在于网络中的电容. 高通滤波器与单调谐滤波器被安装在网络中的两个不同的点. 在每个不同的场景, 该系统检查，以确定特征谐波共振发生在哪. 在PCC的电压和电流畸变也被观察，看它是否在IEEE标准内下跌. 519-1992.
4. 理论背景
4.1 母线电压调节
总线电压分别降低至低于NRS 048-2:2004 电压限制，如表所示 1 [9].
表 1 NRS 048-2 电压限制.
4.2 谐波滤波器设计
(1) 电容的大小
电容器用于滤波器的尺寸应根据需要来增加母线功率因数的无功功率来确定. 决定电容的值时，下面的公式是用来描述有功和无功功率之间的关系:
QÇ 是总容性无功功率. PF1 在电容器之前的功率因数被添加和 PF2 在电容器后，功率因数被添加. P 是真正的power.Real功率是通过计算:
*
哪里: 在 =相电压, 我 =相电流; P =实际功率和 Q =无功功率.
(2) 单调谐滤波器
这种类型的过滤器是由串联的反应器中的电容器的. 单调谐滤波器有利于捕获特定谐波. 它提供所需的功率因数校正的部分或全部无功功率 [6].
(3) 高通滤波器
该过滤器由串联的电容器与电阻器和反应器的组合. 一个高通滤波器是通过更高的频率传递 [10].
(4) 滤波器的设计公式下面列出的公式可以用来设计一个高通滤波器和一个单调谐滤波器. 容抗 (XÇ):
感抗 (X“): X
电抗特性 (XÑ):
过滤器的无功功率 (QF):
单调谐电阻 (ŕ小号):
高通电阻 (ŕĤ):
哪里: ĤÑ =调整顺序; Q =品质因数.
(5) 品质因数
“ Q-因素 (品质因数) 由滤波器的电阻的值来确定，并且确定的频率与它调谐锐度 [11]. “ Q-一个单调谐滤波器的系数是通常之间 30 和 100 [10]. 谐波滤波器与低 Q-像的高通滤波器系数之间有一个Q因子 0.5 和 5 [10].
(6) 选择滤波器调谐订单
滤波器调谐 3%-15% 下面被过滤谐波次数 [12].
4.3 计算谐波失真限制
个别谐波电压畸变 (高清在):
总谐波电压畸变 (总谐波失真在):
各个谐波电流失真 (高清我):
总需求失真 (TDD我):
哪里:
我Ĥ =谐波电流幅值;
我“ =基波分量最大需求负载电流;
我1 =基频电流 (f1 = 50 赫兹).
SCR (短路比):
哪里: 我资深大律师 =短路电流在PCC.
4.4 IEEE StD里. 519-1992 限制
该标准建议在公共耦合点测量谐波失真限制 [13]. 由表的限制规定的最大量的谐波电流失真的消费者可以注入到公用网络 2 [14, 15]. 只检查在PCC失真限制所需要的数据列于表 2 和 3.
表 2 IEEE标准 519-1992 电流失真限制.
一个干净的无失真电压到消费者的供应是实用的责任 [14]. 客户只能是犯扭曲的电压，如果他们不符合谐波电流限值 [14]. 谐波电压范围示于表 3 [15].
表 3 IEEE标准 519-1992 电压畸变率限值.
5. 单线图
研究了该网络模型在DIgSILENT 14 电源出厂软件. 该网络由三个负载的; 1为非线性 (视频点播) 与表中所示的谐波频谱 4.
表 4 负载的谐波频谱 3.
总线 3 是PCC和网络参数图中给出了. 1.
6. 模拟案例
案例研究 1
在图的网络. 1 为蓝本, 模拟及PCC观察. 也被记录在客户中的功率因数，并在每个总线上的电压.
案例研究 2
电容与价值 8.6 无功被连接在总线 2 增加总线的总线电压 2 和BUS 5 并增加了系统的功率因数从 0.92 至 0.99. 另一个电容 (0.9 兆乏) 是连接与负载并联 3 从提高功率因数 0.88 至 0.97.
案例研究 3
单调谐滤波器用电容器在总线设计 2. 该过滤器进行了调整 5% 下面的5次谐波顺序即. 4.75日. 其主要思想是避免次谐波，而不是降低一个特定. 该电容在总线 5 仍然连接.
案例研究 4
单调谐滤波器辗转于个案研究 3 并替换为4.75th谐波的高通滤波器. 该过滤器也被设计，以避免谐波.
案例研究 5
在总线上的过滤器 2 在案例研究 4 替换为 8.6 无功电容和一个4.75th谐波的单调谐滤波器是由功率因数校正电容总线设计 5.
案例研究 6
从案例研究的单调谐滤波器 5 替换为4.75th谐波的高通滤波器.
在短路比率被发现是在 < 20 所有案件类别. 并将结果记录在PCC.
7. 结果
电容器引起的两种共振附近5日和11日.
图 2. 案例研究的阻抗扫描 2 在PCC进行
其他谐波即. 7日, 13日, 17日和19日的IEEE标准内下跌. 519 范围. 图. 2, 百分比扭曲 (高清在) 所造成的第五和第11谐波电流可以看出. 无花果. 3 显示总需求的扭曲 (TDD我) 在PCC.
图 3. 5日和11日的比较 (HDV) 案例研究的结果 1-6
总电压畸变 (总谐波失真在) 从电压在PCC计算示于图. 4.
图 4 显示总需求的扭曲 (TDDI) 在PCC.
图 4. 案例研究TDDI结果的比较 1-6
总电压畸变 (THDV) 从电压在PCC计算显示在图 5:
图 5. 的个案研究THDV结果比较 1-6
阻抗扫描取自案例研究 2, 5 和 6. 在阻抗上的差别可以在图可以看出. 6.
图 6. 案例分析阻抗扫描的比较 2, 3 和 4, 在PCC进行
阻抗扫描，采取案例分析 2, 5 和 6. 在阻抗上的差别可以在图中可以看出 7:
图 7. 案例分析阻抗扫描的比较 2, 5 和 6, 在PCC进行
8. 结果分析
案例研究 1 和 2
它可以从案例可以看出 1 该网络是旁边的网络中没有谐波失真, 功率因数的电容器和电容器来增加总线电压加入之前. 在案例研究中添加的电容 2 造成并联谐振发生在接近第5和第11次谐波秩序, 见于图. 7. 通过负载注入的第5和第11的电流 3 引起的相互作用的共振点和电流之间并引起谐波共振发生. 这增加了第5和第11届电压失真和第11电流畸变, 包括上面的IEEE标准的总需求失真. 519-1992 限制.
案例研究 3 和 4
的单调谐和高通滤波器，由于失真水平降低它们如图进行几乎完全一样. 1 和 2. 在谐振点也被成功移动见于图. 5, 并有成功是增加了系统的总线电压和提高功率因数.
案例研究 5 和 6
谐波滤波器的情况下进行研究的相同的过滤器 3 和 4, 还由于在图中所示的减少失真. 2-4 和 7 这是几乎一模一样. 共振峰也成功地移动，如图. 6. 该过滤器进一步提供所需的连接到总线的顾客的功率因数 5.
9. 结论
本文提出了的单调谐和高通谐波滤波器的效用，并在消费者端应用程序，当两个并联谐振点存在于系统. 在客户端安装谐波滤波器，以去除被证明是更有效地满足谐波失真限值谐波失真时，看着政协. 本文还证明了谐波渗透的研究可以使用DIgSILENT电力软件执行. 建议更多的研究应该做的，当有三个或多个谐振点，目前认为与共鸣特征谐波数，看看如何谐波滤波器将减少失真水平不可接受时，被扭曲在PCC观察到在网络中.
致谢
这项工作是南非电力供应委员会支持 (Eskom公司) 根据高等教育支援津贴 2010.
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