Параўнанне прадукцыйнасці гарманічных фільтраў у прамысловай энергасістэме для зніжэння гарманічных скажэнняў

Апублікавана 1. Эстыфанасам Дагнеў Міціку¹2. Гебры Тэшоме Адуе², 3. С. Абдул Рахман³, 4. Mahilet Mentesinot Abuhay⁴, Кафедра электратэхнікі і вылічальнай тэхнікі, Тэхналагічны інстытут, Універсітэт Гондара, Эфіопія (1, 2, 3), Кафедра прамысловай інжынерыі, Тэхналагічны інстытут, Універсітэт Гондара, Эфіопія (4) ORCID. 1. 0000-0002-6613-3979, 2. 0000-0003-1184-9184, 3. 0000-0003-0134-8028, 4. 0000-0001-7554-8562

Ключавыя словы: Гарманічны фільтрs, гарманічныя скажэнні, поўнае гарманічнае скажэнне, MATLAB/SIMULINK.
Ключавыя словы:фільтр, гармонікі, THD

Уводзіны

Якасць электраэнергіі (PQ) з'яўляецца праблемай як для камунальных службаў, так і для спажыўцоў электраэнергіі на ўсіх узроўнях спажывання. Адной з праблем PQ з'яўляюцца гармонікі, якія ўяўляюць сабой сінусаідальны кампанент перыядычнай хвалі або велічыні з частатой, якая з'яўляецца цэлым кратным асноўнай частаце, г.зн. 50 Гц або 60 Гц [1]. Гарманічныя напружанні ўзнікаюць у выніку гармонік току, якія ствараюцца і спажываюцца нелінейнымі электроннымі нагрузкамі, што падаюцца ў сістэму харчавання [2].

Вымярэнне гарманічных скажэнняў у прамысловасці

Для ацэнкі ўзроўню гарманічных скажэнняў у прамысловай энергасістэме неабходна праводзіць маніторынг у кропках падключэння прамысловасці ў пунктах агульнага падключэння (PCC), кропках адключэння на 15-кілавольтных фідэрах. Аднак, паколькі адлегласць і імпеданс лініі ад PCC да першаснай абмоткі трансфарматара нязначныя, першасныя абмоткі прымаюцца за PCC, як паказана на малюнку 1 [2].

Гарманічныя скажэнні ў прамысловасці вымяраюцца падчас адначасовай працы ўсіх машын, каб назіраць за сукупнымі характарыстыкамі прамысловых нагрузак, а збор дадзеных ажыццяўляецца шляхам прамога вымярэння. Пасля правядзення адпаведнага аналізу сабраныя дадзеныя вылічваюцца і параўноўваюцца з дапушчальнымі значэннямі, устаноўленымі стандартамі рэкамендаванай практыкі IEEE для кантролю гармонік [28].

Табліца 1: Межы скажэння току для агульных размеркавальных сістэм (ад 120 В да 69 000 В) [2]. Малюнак 1: Месца маніторынгу і кропка агульнага падключэння. Гарманічныя скажэнні ў прамысловасці вымяраюцца, калі ўсе машыны працуюць адначасова, каб назіраць за сукупнымі характарыстыкамі прамысловых нагрузак, а збор дадзеных ажыццяўляецца шляхам прамога вымярэння. Пасля правядзення адпаведнага аналізу сабраныя дадзеныя вылічваюцца і параўноўваюцца з дапушчальнымі значэннямі, устаноўленымі стандартамі рэкамендаванай практыкі IEEE для кантролю гармонік [28].

Ток кароткага замыкання і намінальны ток фідэра 15 кВ на PCC складаюць у сярэднім 10 кА і 1000 А адпаведна, што дае I_СК/Я_Лсуадносіны ў дыяпазоне

Максімальны склад гармонік напружання і току ў прамысловасці пры працы з поўнай нагрузкай паказаны ў табліцы 3.

З запісаных дадзеных відаць, што дамінуючымі гарманічнымі токамі з'яўляюцца 5-я^йі 7^йгармонікі і агульнае значэнне каэфіцыента гармонік THD току для трох фаз складаюць 18,10%, 18,33% і 18,44% адпаведна ў PCC, што перавышае стандарты IEEE, г.зн. 5%. Паколькі бягучыя значэнні каэфіцыента гармонік THD перавышаюць стандартныя значэнні, для памяншэння гарманічных скажэнняў выкарыстоўваюцца аднанастроеныя, двухнастроеныя, фільтры высокіх частот і фільтры тыпу C з іх распрацаванымі параметрамі, і іх прадукцыйнасць параўноўваецца на аснове працэнтных значэнняў бягучага каэфіцыента гармонік пры ўжыванні кожнага з гарманічных фільтраў.

Прынцып дзеяння

Схема, якая выкарыстоўваецца для памяншэння гарманічных скажэнняў, паказана на малюнку 2. Яна складаецца з перамыкачоў, аднанастроеных, двухнастроеных, фільтраў высокіх частот і фільтраў тыпу C, а таксама нагрузкі. З-за нелінейных нагрузак прамысловай энергасістэмы, калі гарманічныя токі паступаюць у сістэму, формы хваль напружання і току скажаюцца. Гарманічныя фільтры з іх разліковымі значэннямі і адпаведнымі перамыкачамі выкарыстоўваюцца незалежна для параўнання прадукцыйнасці фільтраў гарманік, і яны ўключаюць і выключаюць, каб паменшыць гарманічныя скажэнні. Спачатку перамыкач аднанастроенага фільтра ўключаны, а астатнія перамыкачы выключаны. Затым перамыкач фільтра высокіх частот уключаны, а астатнія перамыкачы выключаны. Далей, перамыкач двухнастроенага фільтра ўключаны, а астатнія перамыкачы выключаны. Нарэшце, перамыкач фільтра тыпу C уключаны, а астатнія перамыкачы выключаны. Для прастаты з трох фаз разглядаецца толькі адна фаза, бо харчаванне бярэцца з адной і той жа фазы для памяншэння гарманічных скажэнняў, каб паказаць схему кіравання.

Вынікі мадэлявання

Гарманічныя скажэнні былі мадэляваны з выкарыстаннем праграмнага забеспячэння MATLAB/SIMULINK. Гарманічныя фільтры, такія як аднаразовыя, двухразовыя, фільтры высокіх частот і фільтры тыпу C, мадэлююцца з разліковымі значэннямі для параўнання іх эфектыўнасці ў зніжэнні гарманічных скажэнняў, якія ўзнікаюць у прамысловай энергасістэме з-за нелінейных нагрузак. Ніжэй для параўнання прадстаўлены формы хваль напружання і току як з боку крыніцы, так і з боку нагрузкі да і пасля прымянення гарманічных фільтраў. У прамысловасці ёсць нелінейныя нагрузкі, якія забяспечваюцца энергасістэмай з бліжэйшай падстанцыі, і нелінейныя нагрузкі спажываюць гарманічныя токі скажонай формы хвалі. Мадэляванне выконваецца з разліковымі значэннямі гарманічных фільтраў з намінальным міжфазным напружаннем 400 В, рабочай частатой 50 Гц, намінальнай рэактыўнай магутнасцю 50 кВАР, каэфіцыентам якасці 7, а частата налады ўстаноўлена на 5.^йі 7^йгармонікі.

Формы сігналаў напружання і току да ўжывання гарманічных фільтраў паказаны на малюнку 3.

У прамысловасці існуюць нелінейныя нагрузкі, якія забяспечваюцца энергетычнай сеткай, і гэтыя нагрузкі ствараюць скажоную форму гармонічнага напружання і току, як паказана на малюнку 3, а аналіз хуткага пераўтварэння Фур'е (FFT), паказаны на малюнку 4, паказвае, што значэнне каэфіцыента гармонічных скажэнняў (THD) складае 18,33%, што перавышае дапушчальную мяжу стандарту IEEE, г.зн. 5% для гэтага даследавання. Такім чынам, для памяншэння гарманічных скажэнняў распрацаваны і размешчаны ў адпаведных месцах прамысловай энергасістэмы аднаналадныя, двухналадныя, фільтры высокіх частот і фільтры тыпу C для гармонік; такім чынам, гарманічныя скажэнні памяншаюцца, і параўноўваецца іх прадукцыйнасць.

Аднанастроены гарманічны фільтр

Фільтр высокіх частот

Падвойны гарманічны фільтр

Гарманічны фільтр тыпу C

Выснова

У гэтай працы даследуецца параўнанне прадукцыйнасці гарманічных фільтраў у прамысловай энергасістэме для зніжэння гарманічных скажэнняў. Гарманічныя скажэнні, якія ўзнікаюць у прамысловасці ад нелінейных нагрузак, забяспечваюць значэнне гармонічных скажэнняў 18,33%. А пры выкарыстанні адначастотнага гарманічнага фільтра каэфіцыент гармонічных скажэнняў зніжаецца да 5,08%. У той час як прымяненне фільтра высокіх частот дае каэфіцыент гармонічных скажэнняў 5,09%. Двайны гарманічны фільтр забяспечвае значэнне гармонічных скажэнняў 4,00%. Нарэшце, пры выкарыстанні гарманічных фільтраў тыпу C атрымліваецца значэнне гармонічных скажэнняў 4,68%. У выніку, з вынікаў мадэлявання і аналізу FFT відаць, што двайны гарманічны фільтр дае лепшыя характарыстыкі, чым адначастотныя гарманічныя фільтры высокіх частот і фільтры тыпу C, у зніжэнні гарманічных скажэнняў да прымальнай велічыні, устаноўленай стандартамі IEEE, г.зн. менш за 5% для гэтага даследавання, і для прамысловасці рэкамендуецца выкарыстоўваць двайны гарманічны фільтр на другаснай абмотцы трансфарматара, каб пазбавіцца ад дадатковага нагрэву, ілжывых спрацоўванняў і няспраўнасцей абсталявання з-за гармонік, якія прыводзяць да страт вытворчасці.

Звяжыцеся з намі для атрымання экспертнай кансультацыі:

Для атрымання дадатковай інфармацыі аб тым, як Актыўны гарманічны фільтріГенератар статычных зменных можа палепшыць якасць электраэнергіі: sales@intonepower.com

СПАСЫЛКІ

[1] ІЕЭЭ,IEEE 1159 1995 Рэкамендаваная практыка маніторынгу якасці электраэнергіі.1995 год.
[2] У. Арэ і інш., «Якасць электраэнергетычных сістэм», другое выданне.
[3] М. С. Альмутайры і С. Хаджылукас, «Змякчэнне гармонік на аснове мінімізацыі нелінейнага току ў энергасістэме», 2019.
[4] А. Багеры і М. Алізадэ, «Распрацоўка пасіўнага фільтра для зніжэння гарманічных скажэнняў у гібрыднай мікрасетцы, якая ўключае ветравую турбіну, сонечныя батарэі і нелінейную нагрузку», № 12, с. 10–13, 2019.
[5] Ю. Чо, Х. Ча, Ю. Чо і Х. Ча, «Праектаванне аднанастроенага пасіўнага гарманічнага фільтра з улікам варыяцый налады і каэфіцыента якасці», т. 8972, 2014.
[6] Р. Дуа і А. Агравал, «Уплыў аднанастроенага фільтра на падключаную да сеткі фотаэлектрычную сістэму», т. 08, № 06, с. 213–217, 2019.
[7] М. Авадала, М. Орнер і А. Махамед, «Аднанастроены фільтр для памяншэння і аптымізацыі гармонік з дапамогай кандэнсатарных блокаў», № верасень 2015 г., 2019 г.
[8] Серыя IOPC і M. Science, «Памяншэнне гармонік з дапамогай аднанастройнага пасіўнага фільтра ў прамысловасці па перапрацоўцы пластмас», 2018.
[9] Ю. К. Хаўр, Т. Дж. Сон, Л. К. Юн, У. Джы і К. Рэйманд, «Распрацоўка аднанастроенага пасіўнага гарманічнага фільтра для адпаведнасці стандарту IEEE-519 з дапамогай маніпуляцый з каэфіцыентам якасці», т. 29, № 1, с. 1364–1379, 2020.
[10] К. Р. Чыпаці, С. Алі і А. Рангампет, «Агляд падвойна настроеных гарманічных фільтраў для паляпшэння якасці электраэнергіі ў нелінейных умовах нагрузкі», т. 10, № 7, с. 11–26, 2017.
[11] Х.Э. І-хун і СУ Хэн, «Новы метад праектавання падвойна настроенага фільтра», № Iccsee, с. 206–209, 2013.
[12] К. Р. Чыпаці, С. Алі і С. К. М., «Аналіз прадукцыйнасці падвойна настроенага пасіўнага фільтра для якасці электраэнергіі», т. 9, № 7, с. 3295–3305, 2016.
[13] П. Кантроль і Г. Мішра, «Праектаванне пасіўнага фільтра высокіх частот для гібрыдных актыўных фільтраў магутнасці», кафедра электратэхнікі, Нацыянальны тэхналагічны інстытут, праектаванне пасіўнага фільтра высокіх частот для гібрыдных актыўных фільтраў магутнасці.
[14] Б. Парк, Дж. Лі, Х. Ю і Г. Чан, «Зніжэнне гармонік з дапамогай пасіўных гарманічных фільтраў: выпадак энергасістэмы сталеліцейнага завода», 2021.
[15] З.А. Мемон, М.А. Укайлі і М.А. Унар, «Змякчэнне гармонік у прамысловай энергасістэме з выкарыстаннем пасіўных фільтраў», ліпень 2016 г.
[16] І. А. Шах і Р. К. Алі, «Распрацоўка пасіўнага фільтра тыпу С для памяншэння гарманічных скажэнняў і кампенсацыі рэактыўнай магутнасці», т. 4, № 12, с. 38–47, 2016.
[17] Р. Клемпка, «Новы метад праектавання пасіўнага фільтра тыпу С», № 7, с. 277–281, 2012.
[18] А. Фурнэс, «Выбар фільтраў тыпу C для кампенсацыі рэактыўнай магутнасці і фільтрацыі вышэйшых гармонік», 2020.
[19] А. Мухтар і У. М. Мутакін, «Параўнанне прадукцыйнасці аднанастроенага фільтра і фільтра тыпу C у размеркавальнай сетцы электраэнергіі», 2019.
[20] С. А. Рахман, «Відэарэгістратар на базе прамога пераўтваральніка для змякчэння аднафазнага адключэння электраэнергіі», № верасень 2019 г., 2021 г.
[21] А. Рахман, «Змякчэнне прасадак, перападаў і адключэнняў напружання без пераўтваральніка», № кастрычнік 2019 г., 2021 г.
[22] С. А. Рахман, С. Б. Мул, Э. Д. Міціку, Г. Т. Адуе і К. Гопінатх, «Кампенсацыя найвышэйшых правалаў і перападаў напружання з выкарыстаннем аднафазнага матрычнага пераўтваральніка з чатырма кіраванымі ключамі», № 4, с. 134–138, 2021.
[23] К. Рыдс, «Рэалізацыя аднафазнага матрычнага пераўтваральніка з выкарыстаннем 4 кіраваных перамыкачоў», № кастрычнік 2019 г., 2021 г.
[24] С. А. Рахман і Г. Тэшом, «Кампенсацыя максімальнага прасядання напружання з выкарыстаннем прамога пераўтваральніка шляхам мадуляцыі сігналу носьбіта», т. 10, № 4, с. 3936–3941, 2020.
[25] С. А. Рахман і Э. Дагнью, «Кампенсацыя прасадкі напружання з выкарыстаннем DVR на базе прамога пераўтваральніка шляхам мадуляцыі сігналу памылкі», т. 19, № 2, с. 608–616, 2020.
[26] С. А. Рахман, Э. Д. Міціку, С. Б. Муле, Г. Т. Адуе, М. А. Хулука і С. Месфін, «Зніжэнне прасадкі напружання з дапамогай DVR на аснове прамога пераўтваральніка без сігналу памылкі», №. 12, стар. 34–37, 2021.
[27] С.А. Рахман, С. Бірхан, Э.Д. Міціку, Г.Т. Адуе і П. Самасундарам, «Новая тапалогія відэарэгістратара для кампенсацыі перападаў напружання, правалаў і аднафазных адключэнняў», т. 17, № 4, с. 1–10, 2021.
[28] ТАА «CRCP»,Якасць электраэнергіі © 2002.2002 год.

Аўтары:Выкладчык, спадар Эстыфанас Дагнеў Міціку, кафедра электратэхнікі і вылічальнай тэхнікі, Тэхналагічны інстытут, Універсітэт Гондара, Гондар, Эфіопія, электронная пошта: est7eced@gmail.com; выкладчык, спадар Гебрые Тэшоме Адуе, кафедра электратэхнікі і вылічальнай тэхнікі, Тэхналагічны інстытут, Універсітэт Гондара, Гондар, Эфіопія, электронная пошта: gebrie.415@gmail.com; дацэнт, доктар Абдул Рахман, кафедра электратэхнікі і вылічальнай тэхнікі, Тэхналагічны інстытут, Універсітэт Гондара, Гондар, Эфіопія, электронная пошта: msajce.abdulrahman@gmail.com; выкладчык, спадарыня Махілет Ментэсінот Абухай, кафедра прамысловай вытворчасці, Тэхналагічны інстытут, Універсітэт Гондара, Эфіопія, электронная пошта: mahiletme@gmail.com.

Ідэнтыфікатар крыніцы і выдаўца: АГЛЯД ЭЛЕКТРАТЭХНІКІ, ISSN 0033-2097, ГОД 98 № 3/2022. doi:10.15199/48.2022.03.12