Հարմոնիկ ֆիլտրերի արդյունավետության համեմատություն արդյունաբերական էներգահամակարգում՝ հարմոնիկ աղավաղման նվազեցման համար

Հրատարակվել է 1. Էստիֆանոս Դագնև Միտիկուի կողմից¹, 2. Գեբրիե Թեշոմե Ադույե², 3. Ս. Աբդուլ Ռահման³, 4. Մահիլեթ Մենտեսինոտ Աբուհայ⁴, Էլեկտրատեխնիկայի և համակարգչային ճարտարագիտության ամբիոն, Տեխնոլոգիական ինստիտուտ, Գոնդարի համալսարան, Եթովպիա (1, 2, 3), Արդյունաբերական ճարտարագիտության ամբիոն, Տեխնոլոգիական ինստիտուտ, Գոնդարի համալսարան, Եթովպիա (4) ORCID. 1. 0000-0002-6613-3979, 2. 0000-0003-1184-9184, 3. 0000-0003-0134-8028, 4. 0000-0001-7554-8562

Հիմնաբառեր՝ Հարմոնիկ ֆիլտրs, Հարմոնիկ աղավաղում, Լրիվ հարմոնիկ աղավաղում, MATLAB/SIMULINK:
Հիմնաբառեր՝ֆիլտր, հարմոնիկներ, THD

Ներածություն

Էլեկտրաէներգիայի որակը (PQ)-ն խնդիր է և՛ կոմունալ ծառայությունների, և՛ էլեկտրաէներգիայի սպառողների համար՝ օգտագործման բոլոր մակարդակներում: PQ խնդիրներից մեկը հարմոնիկներն են, որոնք պարբերական ալիքի կամ մեծության սինուսոիդալ բաղադրիչ են, որի հաճախականությունը հիմնարար հաճախականության ինտեգրալ բազմապատիկն է, այսինքն՝ 50 Հց կամ 60 Հց [1]: Հարմոնիկ լարումները առաջանում են հոսանքի հարմոնիկների արդյունքում, որոնք ստեղծվում և քաշվում են ոչ գծային էլեկտրոնային բեռների կողմից, որոնք ներարկվում են մատակարարման համակարգ [2]:

Հարմոնիկ աղավաղման չափումը արդյունաբերության մեջ

Արդյունաբերական էներգահամակարգում հարմոնիկ աղավաղման մակարդակը գնահատելու համար անհրաժեշտ է մոնիթորինգ իրականացնել արդյունաբերության սպասարկման մուտքի կետերում՝ ընդհանուր միացման կետերում (PCC), որը 15 կՎ սնուցիչների միացման կետն է: Այնուամենայնիվ, քանի որ PCC-ից մինչև տրանսֆորմատորի առաջնային միացումը հեռավորությունը և գծային դիմադրությունը աննշան են, առաջնային միացումները վերցվում են որպես PCC, ինչպես ցույց է տրված նկար 1-ում [2]:

Արդյունաբերության մեջ հարմոնիկ աղավաղումը չափվում է բոլոր մեքենաների միաժամանակյա աշխատանքի ժամանակ՝ արդյունաբերական բեռների կուտակային բնութագրերը դիտարկելու համար, և տվյալների հավաքագրումն իրականացվում է ուղղակի չափումների միջոցով: Համապատասխան վերլուծություն կատարելուց հետո հավաքված տվյալները հաշվարկվում և համեմատվում են IEEE-ի կողմից հարմոնիկ կառավարման համար առաջարկվող պրակտիկայի ստանդարտներով սահմանված ընդունելի արժեքների հետ [28]:

Աղյուսակ 1. Ընդհանուր բաշխման համակարգերի հոսանքի աղավաղման սահմանները (120 Վ-ից մինչև 69 000 Վ) [2]: Նկար 1. Տեղանքի և ընդհանուր միացման կետի մոնիթորինգ: Արդյունաբերության մեջ հարմոնիկ աղավաղումը չափվում է բոլոր մեքենաների միաժամանակյա աշխատանքի ժամանակ՝ արդյունաբերական բեռների կուտակային բնութագրերը դիտարկելու համար, և տվյալների հավաքագրումը կատարվում է ուղղակի չափման միջոցով: Համապատասխան վերլուծություն կատարելուց հետո հավաքված տվյալները հաշվարկվում և համեմատվում են IEEE-ի կողմից հարմոնիկ կառավարման համար առաջարկվող պրակտիկայի ստանդարտներով սահմանված ընդունելի արժեքների հետ [28]:

PCC-ում 15 կՎ սնուցիչի կարճ միացման հոսանքը և անվանական հոսանքը միջինացված են համապատասխանաբար 10 կԱ և 1000 Ա, ինչը տալիս է I_{Հարավային Կարոլինա}/Ես_Լհարաբերակցությունը

Արդյունաբերության առավելագույն լարման և հոսանքի հարմոնիկ պարունակությունները, երբ այն աշխատում է լրիվ բեռով, ներկայացված են աղյուսակ 3-ում։

Գրանցված տվյալներից նկատվում է, որ գերիշխող հարմոնիկ հոսանքները 5-ն են։^-րդև 7^-րդՀարմոնիկները և երեք փուլերի համար ընդհանուր հոսանքի THD արժեքը PCC-ում կազմում է համապատասխանաբար 18.10%, 18.33% և 18.44%, որը գերազանցում է IEEE ստանդարտները, այսինքն՝ 5%: Քանի որ ներկայիս THD արժեքները գերազանցում են ստանդարտ արժեքները, միալարված, կրկնակի լարված, բարձր անցման և C-տիպի հարմոնիկ ֆիլտրերը կիրառվում են իրենց նախագծված պարամետրերով՝ հարմոնիկ աղավաղումը նվազեցնելու համար, և դրանց աշխատանքը համեմատվում է ներկայիս THD տոկոսային արժեքների հիման վրա, երբ կիրառվում են յուրաքանչյուր հարմոնիկ ֆիլտր:

Գործողության սկզբունքը

Հարմոնիկ աղավաղման նվազեցման համար օգտագործվող սխեման ներկայացված է նկար 2-ում: Այն բաղկացած է անջատիչներից, միակողմանի, կրկնակի կարգավորվող, բարձր անցման և C տիպի հարմոնիկ ֆիլտրերից և բեռից: Արդյունաբերական էներգահամակարգի ոչ գծային բեռների պատճառով, երբ համակարգ են ներարկվում հարմոնիկ հոսանքներ, լարման և հոսանքի ալիքաձևերը աղավաղվում են: Հարմոնիկ ֆիլտրերը՝ իրենց նախագծված արժեքներով և համապատասխան անջատիչներով, կիրառվում են անկախ՝ հարմոնիկ ֆիլտրերի աշխատանքը համեմատելու համար, և դրանք միացվում և անջատվում են՝ հարմոնիկ աղավաղումը նվազեցնելու համար: Սկզբում միակողմանի ֆիլտրի անջատիչը միացված է, մինչդեռ մյուս անջատիչները անջատված են: Այնուհետև բարձր անցման ֆիլտրի անջատիչը միացված է, մինչդեռ մյուս անջատիչները անջատված են: Հաջորդը, կրկնակի կարգավորվող ֆիլտրի անջատիչը միացված է, մինչդեռ մյուս անջատիչները անջատված են: Վերջապես, C տիպի ֆիլտրի անջատիչը միացված է, մինչդեռ մյուս անջատիչները անջատված են: Պարզության համար, երեք փուլերից միայն մեկ փուլ է դիտարկվում, քանի որ նույն փուլից է վերցվում հզորություն՝ հարմոնիկ աղավաղումը մեղմելու համար՝ կառավարման սխեման ցույց տալու համար:

Սիմուլյացիայի արդյունքներ

Հարմոնիկ աղավաղումները մոդելավորվել են MATLAB/SIMULINK ծրագրի միջոցով: Հարմոնիկ ֆիլտրերը, ինչպիսիք են միա-լարված, կրկնակի-լարված, բարձր անցման և C-տիպի ֆիլտրերը, մոդելավորվել են նախագծված արժեքներով՝ համեմատելու դրանց աշխատանքը արդյունաբերական էներգահամակարգում ոչ գծային բեռների պատճառով առաջացող հարմոնիկ աղավաղման նվազեցման գործում: Ստորև ներկայացված են լարման և հոսանքի ալիքաձևերը՝ ինչպես աղբյուրի կողմից, այնպես էլ բեռի կողմից՝ հարմոնիկ ֆիլտրերի կիրառումից առաջ և հետո: Արդյունաբերությունն ունի ոչ գծային բեռներ, որոնք մատակարարվում են մոտակա ենթակայանից կոմունալ ծառայությունների կողմից, և ոչ գծային բեռները կլանում են աղավաղված ալիքաձև հարմոնիկ հոսանքներ: Մոդելավորումն իրականացվել է հարմոնիկ ֆիլտրերի նախագծված արժեքներով՝ 400 Վ անվանական գծային լարմամբ, 50 Հց աշխատանքային հաճախականությամբ, 50 կՎԱՐ անվանական ռեակտիվ հզորությամբ, 7 որակի գործակցով և կարգավորման հաճախականությունը սահմանված է 5-ի համար:^-րդև 7^-րդհարմոնիկներ

Հարմոնիկ ֆիլտրերի կիրառումից առաջ լարման և հոսանքի ալիքային ձևերը ներկայացված են նկար 3-ում։

Արդյունաբերությունն ունի ոչ գծային բեռներ, որոնք մատակարարվում են կոմունալ ծառայությունների կողմից, և այդ բեռները ստանում են աղավաղված հարմոնիկ լարման և հոսանքի ալիքային ձև, ինչպես ցույց է տրված նկար 3-ում, իսկ արագ Ֆուրիեի ձևափոխության (FFT) վերլուծությունից, ինչպես ցույց է տրված նկար 4-ում, THD արժեքը կազմում է 18.33%, որը գերազանցում է IEEE ստանդարտի ընդունելի սահմանը, այսինքն՝ 5% այս ուսումնասիրության համար: Հետևաբար, հարմոնիկ աղավաղումը նվազեցնելու համար նախագծվում և տեղադրվում են միակարգավորված, կրկնակի կարգավորված, բարձր անցման և c-տիպի հարմոնիկ ֆիլտրեր արդյունաբերական էներգահամակարգի համապատասխան տեղում. հետևաբար, հարմոնիկ աղավաղումը նվազում է, և համեմատվում են դրանց կատարողականությունը:

Միակ լարված հարմոնիկ ֆիլտր

Բարձր անցման հարմոնիկ ֆիլտր

Կրկնակի լարված հարմոնիկ ֆիլտր

C-տիպի հարմոնիկ ֆիլտր

Եզրակացություն

Այս աշխատանքում ուսումնասիրվում է արդյունաբերական էներգահամակարգում հարմոնիկ ֆիլտրերի աշխատանքի համեմատությունը՝ հարմոնիկ աղավաղումը նվազեցնելու համար: Արդյունաբերական ոչ գծային բեռների կողմից առաջացող հարմոնիկ աղավաղումը ապահովում է 18.33% THD արժեք: Իսկ երբ կիրառվում է միա-լարված հարմոնիկ ֆիլտր, THD-ն նվազում է մինչև 5.08%: Մինչդեռ բարձր անցման հարմոնիկ ֆիլտրի կիրառումը տալիս է 5.09% THD: Երկակի լարված հարմոնիկ ֆիլտրը ապահովում է 4.00% THD արժեք: Վերջապես, c-տիպի հարմոնիկ ֆիլտրերի կիրառմամբ ստացվում է 4.68% THD արժեք: Արդյունքում, մոդելավորման արդյունքներից և FFT վերլուծությունից նկատվում է, որ կրկնակի լարված հարմոնիկ ֆիլտրը տալիս է ավելի լավ աշխատանք, քան միա-լարված, բարձր անցման և c-տիպի հարմոնիկ ֆիլտրերը՝ հարմոնիկ աղավաղումները IEEE ստանդարտներով սահմանված ընդունելի մեծության նվազեցնելու համար, այսինքն՝ այս ուսումնասիրության համար 5%-ից պակաս, և արդյունաբերությանը խորհուրդ է տրվում օգտագործել կրկնակի լարված հարմոնիկ ֆիլտր տրանսֆորմատորի երկրորդային միացման վրա՝ հարմոնիկների պատճառով լրացուցիչ տաքացումից, կեղծ անջատումներից և սարքավորումների անսարքությունից ազատվելու համար, որոնք արտադրության կորուստներ են առաջացնում արդյունաբերության համար:

Մասնագիտական ​​խորհրդատվության համար կապվեք մեզ հետ՝

Ավելի շատ տեղեկությունների համար, թե ինչպես Ակտիվ հարմոնիկ ֆիլտրևՍտատիկ փոփոխականների գեներատոր կարող է բարելավել էլեկտրաէներգիայի որակը. sales@intonepower.com

Հղումներ

[1] IEEE,IEEE 1159 1995 Էլեկտրաէներգիայի որակի մոնիթորինգի առաջարկվող պրակտիկա։1995թ.
[2] Վ. Արե և այլք, «Էլեկտրաէներգետիկ համակարգերի որակը, երկրորդ հրատարակություն»։
[3] Մ.Ս. Ալմութայրի և Ս. Հաջիլուկաս, «Հարմոնիկների մեղմացում՝ հիմնված էլեկտրաէներգետիկ համակարգում ոչ գծային հոսանքի նվազագույնի հասցնելու վրա», 2019թ.:
[4] Ա. Բաղերի և Մ. Ալիզադե, «Հիբրիդային միկրոցանցում, ներառյալ հողմային տուրբինը, արևային մարտկոցը և ոչ գծային բեռը, հարմոնիկ աղավաղումը նվազեցնելու համար պասիվ ֆիլտրի նախագծում», թիվ 12, էջ 10–13, 2019թ.
[5] Յ. Չո, Հ. Չա, Յ. Չո և Հ. Չա, «Միակողմանի լարվող պասիվ հարմոնիկ ֆիլտրի նախագծում՝ հաշվի առնելով լարման շեղումները և որակի գործոնը», հատոր 8972, 2014։
[6] Ռ. Դուա և Ա. Ագրավալ, «Միակ կարգավորված ֆիլտրի ազդեցությունը ցանցին միացված ֆոտովոլտային համակարգի վրա», հատոր 08, թիվ 06, էջ 213–217, 2019թ.
[7] Մ. Ավադալլա, Մ. Օրներ և Ա. Մոհամեդ, «Միակողմանի ֆիլտրի նախագծում հարմոնիկ մեղմացման և օպտիմալացման համար կոնդենսատորային բանկերով», թիվ 2015թ. սեպտեմբեր, 2019թ.։
[8] IOPC շարք և M. Science, «Հարմոնիկ վերականգնում միակողմանի պասիվ ֆիլտրի օգտագործմամբ պլաստմասսայի վերամշակման արդյունաբերության մեջ», 2018։
[9] Յ.Կ. Հաուր, Թ.Ջ. Սոն, Լ.Կ. Յուն, Վ. Ջի և Կ. Ռեյմոնդ, «Միակ լարվող պասիվ հարմոնիկ ֆիլտրի նախագծում՝ IEEE-519 ստանդարտին համապատասխան՝ որակի գործոնի մանիպուլյացիաների միջոցով», հատոր 29, թիվ 1, էջ 1364–1379, 2020։
[10] Կ.Ռ. Չիպատի, Ս. Ալի և Ա. Ռանգամպետ, «Երկակի կարգավորված հարմոնիկ ֆիլտրերի ակնարկ ոչ գծային բեռի պայմաններում հզորության որակի բարելավման համար», հատոր 10, թիվ 7, էջ 11–26, 2017թ.
[11] Հ.Ե. Յի-հոնգ և Սու Հենգ, «Կրկնակի կարգավորվող ֆիլտրի նախագծման նոր մեթոդ», թիվ Iccsee, էջ 206–209, 2013։
[12] Կ.Ռ. Չիպատի, Ս. Ալի և Ս.Կ. Մ., «Կրկնակի կարգավորված պասիվ ֆիլտրի արդյունավետության վերլուծություն՝ էներգիայի որակի համար», հատոր 9, թիվ 7, էջ 3295–3305, 2016թ.:
[13] Պ. Քոնթրոլ և Գ. Միշրա, «Հիբրիդային ակտիվ հզորության ֆիլտրի կիրառման համար պասիվ բարձր անցողիկ ֆիլտրի նախագծում, Էլեկտրատեխնիկայի բաժին, Տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտ, Հիբրիդային ակտիվ հզորության ֆիլտրի կիրառման համար պասիվ բարձր անցողիկ ֆիլտրի նախագծում»։
[14] Բ. Պարկ, Ջ. Լի, Հ. Յու և Գ. Ջանգ, «Հարմոնիկ մեղմացում պասիվ հարմոնիկ ֆիլտրերի միջոցով. ուսումնասիրություն պողպատաձուլական գործարանի էներգետիկ համակարգում», 2021։
[15] Զ.Ա. Մեմոն, Մ.Ա. Ուքայլի և Մ.Ա. Ունար, «Արդյունաբերական էներգետիկ համակարգի հարմոնիկների մեղմացումը պասիվ ֆիլտրերի միջոցով», թիվ հուլիս, 2016թ.:
[16] IA Շահ և RK Ալի, «C-տիպի պասիվ ֆիլտրի նախագծում հարմոնիկ աղավաղումը նվազեցնելու և ռեակտիվ հզորության փոխհատուցում ստանալու համար», հատոր 4, թիվ 12, էջ 38–47, 2016թ.
[17] Ռ. Կլեմպկա, «C տիպի պասիվ ֆիլտրի նախագծման նոր մեթոդ», թիվ 7, էջ 277–281, 2012թ.
[18] Ա. Ֆուրնեյս, «C-տիպի ֆիլտրերի ընտրություն ռեակտիվ հզորության փոխհատուցման և բարձր հարմոնիկների ֆիլտրացման համար», 2020։
[19] Ա. Մուչտար և Վ.Մ. Մութաքին, «Միակ կարգավորված ֆիլտրի և C-տիպի ֆիլտրի աշխատանքի համեմատություն էլեկտրաէներգիայի բաշխման ցանցում», 2019թ.
[20] Ս.Ա. Ռահման, «Ուղղակի փոխարկիչի վրա հիմնված DVR՝ միաֆազ անջատումները մեղմելու համար», թիվ 2019 թվականի սեպտեմբեր, 2021թ.։
[21] Ա. Ռահման, «Լարման անկման, ալիքների և անջատումների մեղմացում առանց փոխարկիչի», թիվ 2019 հոկտեմբեր, 2021։
[22] Ս.Ա. Ռահման, Ս.Բ. Մուլ, Է.Դ. Միտիկու, Գ.Թ. Ադույե և Ս. Գոպինաթ, «Առավելագույն լարման անկման և ուռչման փոխհատուցում՝ օգտագործելով միաֆազ մատրիցային փոխարկիչ չորս կառավարվող անջատիչներով», թիվ 4, էջ 134–138, 2021։
[23] Ք. Ռիդս, «Միաֆազ մատրիցային փոխարկիչի իրականացում 4 կառավարվող անջատիչների միջոցով», թիվ 2019 թվականի հոկտեմբեր, 2021թ.
[24] Ս.Ա. Ռահման և Գ. Թեշոմե, «Լարման տատանման առավելագույն փոխհատուցում՝ օգտագործելով ուղիղ փոխարկիչ՝ կրող ազդանշանի մոդուլյացիայի միջոցով», հատոր 10, թիվ 4, էջ 3936–3941, 2020։
[25] Ս.Ա. Ռահման և Է. Դագնյու, «Լարման տատանման փոխհատուցում՝ օգտագործելով ուղղակի փոխարկիչի վրա հիմնված DVR՝ սխալի ազդանշանը մոդուլացնելով», հատոր 19, թիվ 2, էջ 608–616, 2020։
[26] SA Rahman, ED Mitiku, SB Mule, GT Aduye, MA Huluka և S. Mesfin, «Voltage Sag Mitigation Using Direct Converter Based DVR without Error Signal», no. 12, էջ 34–37, 2021 թ.
[27] Ս.Ա. Ռահման, Ս. Բիրհան, Է.Դ. Միտիկու, Գ.Թ. Ադույե և Պ. Սոմասունդարամ, «Նոր DVR տոպոլոգիա՝ լարման ուռչումը, թեքությունը և միաֆազ անջատումը փոխհատուցելու համար», հատոր 17, թիվ 4, էջ 1–10, 2021։
[28] CRCP ՍՊԸ,Էլեկտրաէներգիայի որակը © 2002թ.2002թ.

Հեղինակներ՝Դասախոս, պարոն Էստիֆանոս Դագնև Միտիկու, Էլեկտրատեխնիկայի և համակարգչային ճարտարագիտության ամբիոն, Գոնդարի համալսարանի տեխնոլոգիական ինստիտուտ, Գոնդար, Եթովպիա, էլ. փոստ՝ est7eced@gmail.com; Դասախոս, պարոն Գեբրիե Թեշոմե Ադույե, Էլեկտրատեխնիկայի և համակարգչային ճարտարագիտության ամբիոն, Գոնդարի համալսարանի տեխնոլոգիական ինստիտուտ, Գոնդար, Եթովպիա, էլ. փոստ՝ gebrie.415@gmail.com; Դոցենտ, դոկտոր Աբդուլ Ռահման, Էլեկտրատեխնիկայի և համակարգչային ճարտարագիտության ամբիոն, Գոնդարի համալսարանի տեխնոլոգիական ինստիտուտ, Գոնդար, Եթովպիա, էլ. փոստ՝ msajce.abdulrahman@gmail.com; Դասախոս, տիկին Մահիլեթ Մենտեսինոտ Աբուհայ, Արդյունաբերական ճարտարագիտության ամբիոն, Գոնդարի համալսարանի տեխնոլոգիական ինստիտուտ, Եթովպիա, էլ. փոստ՝ mahiletme@gmail.com:

Աղբյուրի և հրատարակչի նույնականացուցիչ՝ Էլեկտրատեխնիկայի ակնարկ, ISSN 0033-2097, 98-րդ տարի, համար 3/2022։ doi:10.15199/48.2022.03.12