Paragun tal-Prestazzjoni ta' Filtri Armoniċi f'Sistema ta' Enerġija Industrijali għat-Tnaqqis tad-Distorsjoni Armonika

Ippubblikat minn 1. Estifanos Dagnew Mitiku¹, 2. Gebrie Teshome Aduye², 3. S. Abdul Rahman³, 4. Mahilet Mentesinot Abuhay⁴, Dipartiment tal-Inġinerija Elettrika u tal-Kompjuter, Istitut tat-Teknoloġija, Università ta' Gondar, Etjopja (1, 2, 3), Dipartiment tal-Inġinerija Industrijali, Istitut tat-Teknoloġija, Università ta' Gondar, Etjopja (4) ORCID. 1. 0000-0002-6613-3979, 2. 0000-0003-1184-9184, 3. 0000-0003-0134-8028, 4. 0000-0001-7554-8562

Kliem ewlieni: Filtru Armonikus, Distorsjoni Armonika, Distorsjoni Armonika Totali, MATLAB/SIMULINK.
Kliem ewlieni:filtru, armoniċi, THD

Introduzzjoni

Kwalità tal-Enerġija (PQ) hija kwistjoni kemm għall-utilitajiet kif ukoll għall-konsumaturi tal-elettriku fil-livelli kollha ta' użu. Waħda mill-problemi tal-PQ hija l-armonika li hija komponent sinusoidali ta' mewġa jew kwantità perjodika li għandha frekwenza li hija multiplu integrali tal-frekwenza fundamentali, jiġifieri, 50Hz jew 60Hz [1]. Il-vultaġġi armoniċi jseħħu bħala riżultat tal-armonika tal-kurrent, li tinħoloq u tinġibed minn tagħbijiet elettroniċi mhux lineari, injettati fis-sistema tal-provvista [2].

Kejl tad-distorsjoni armonika fl-industrija

Biex jiġi vvalutat il-livell ta' distorsjoni armonika fis-sistema tal-enerġija tal-industrija, il-monitoraġġ irid isir fil-punti tad-dħul tas-servizz tal-industrija fil-Punti ta' Akkoppjar Komuni (PCC), il-punt tat-tappjar fuq il-feeders ta' 15kV. Madankollu, peress li d-distanza u l-impedenza tal-linja, mill-PCC sal-primarja tat-transformer huma negliġibbli, il-primarji jittieħdu bħala PCC kif muri fil-figura 1 [2].

Id-distorsjoni armonika fl-industrija titkejjel waqt li l-magni kollha jkunu qed jaħdmu fl-istess ħin, biex jiġu osservati l-karatteristiċi kumulattivi tat-tagħbijiet industrijali u l-ġbir tad-dejta jsir permezz ta' kejl dirett. Wara li ssir analiżi xierqa, id-dejta miġbura tiġi kkalkulata u mqabbla mal-valuri aċċettabbli stabbiliti mill-istandards tal-prattika rakkomandata tal-IEEE għall-kontroll armoniku [28].

Tabella 1: Limiti tad-distorsjoni tal-kurrent għal sistemi ta' distribuzzjoni ġenerali (120V sa 69 000V) [2]. Fig. 1: Post tal-monitoraġġ u punt ta' akkoppjar komuni. Id-distorsjoni armonika fl-industrija titkejjel waqt li l-magni kollha jkunu qed jaħdmu fl-istess ħin, biex jiġu osservati l-karatteristiċi kumulattivi tat-tagħbijiet industrijali u l-ġbir tad-dejta jsir permezz ta' kejl dirett. Wara li ssir analiżi xierqa, id-dejta miġbura tiġi kkalkulata u mqabbla mal-valuri aċċettabbli stabbiliti mill-istandards tal-prattika rakkomandata tal-IEEE għall-kontroll armoniku [28].

Il-kurrent ta' short circuit u l-kurrent nominali ta' alimentatur ta' 15kV fil-PCC huma medjati għal 10kA u 1000A rispettivament, li jagħti I_SCJiena_Lproporzjon fil-medda ta'

Il-kontenut armoniku massimu tal-vultaġġ u l-kurrent tal-industrija meta taħdem b'tagħbija sħiħa huma murija fit-tabella 3.

Mid-dejta rreġistrata jidher li l-kurrenti armoniċi dominanti huma l-5^thu 7^thL-armoniċi u l-valur totali tat-THD tal-kurrent għat-tliet fażijiet huwa 18.10%, 18.33% u 18.44%, rispettivament fil-PCC li huwa lil hinn mill-istandards tal-IEEE, jiġifieri, 5%. Peress li l-valuri tat-THD tal-kurrent huma lil hinn mill-valuri standard, jiġu applikati filtri armoniċi b'sintonizzazzjoni waħda, b'sintonizzazzjoni doppja, b'pass għoli u tat-tip c bil-parametri ddisinjati tagħhom biex titnaqqas id-distorsjoni armonika u l-prestazzjoni tagħhom titqabbel abbażi tal-valuri perċentwali tat-THD tal-kurrent meta jiġi applikat kull wieħed mill-filtri armoniċi.

Prinċipju ta' operazzjoni

Iċ-ċirkwit użat għat-tnaqqis tad-distorsjoni armonika huwa muri fil-figura 2. Dan jikkonsisti minn swiċċijiet, filtri armoniċi sintonizzati b'mod wieħed, sintonizzati doppjament, high pass u tat-tip c u t-tagħbija. Minħabba t-tagħbijiet mhux lineari tas-sistema tal-enerġija industrijali, hekk kif il-kurrenti armoniċi jiġu injettati fis-sistema, il-forom tal-mewġ tal-vultaġġ u tal-kurrent jiġu distorti. Il-filtri armoniċi bil-valuri ddisinjati tagħhom u s-swiċċijiet rispettivi huma applikati b'mod indipendenti biex iqabblu l-prestazzjoni tal-filtri armoniċi u dawn jinxtegħlu u jintfew biex inaqqsu d-distorsjoni armonika. Għall-ewwel, is-swiċċ tal-filtru sintonizzat b'mod wieħed ikun ON filwaqt li s-swiċċijiet l-oħra jkunu OFF. Imbagħad, is-swiċċ tal-filtru high pass ikun ON filwaqt li s-swiċċijiet l-oħra jkunu OFF. Sussegwentement, is-swiċċ tal-filtru sintonizzat b'mod doppju jkun ON filwaqt li s-swiċċijiet l-oħra jkunu OFF. Fl-aħħarnett, is-swiċċ tal-filtru tat-tip C ikun ON filwaqt li s-swiċċijiet l-oħra jkunu OFF. Għas-sempliċità, fażi waħda biss hija kkunsidrata mit-tliet fażijiet peress li l-enerġija tittieħed mill-istess fażi biex tittaffa d-distorsjoni armonika biex turi ċ-ċirkwit tal-kontroll.

Riżultati tas-Simulazzjoni

Id-distorsjonijiet armoniċi ġew simulati bl-użu tas-softwer MATLAB/SIMULINK. Il-filtri armoniċi bħal filtri b'sintonizzazzjoni waħda, b'sintonizzazzjoni doppja, b'pass għoli u tat-tip ċ huma simulati bil-valuri ddisinjati sabiex titqabbel il-prestazzjoni tagħhom fit-tnaqqis tad-distorsjoni armonika li sseħħ fis-sistema tal-enerġija industrijali minħabba tagħbijiet mhux lineari. Il-forom tal-mewġ tal-vultaġġ u tal-kurrent kemm min-naħa tas-sors kif ukoll min-naħa tat-tagħbija qabel u wara l-applikazzjoni tal-filtri armoniċi huma ppreżentati hawn taħt għal tqabbil. L-industrija għandha tagħbijiet mhux lineari li huma fornuti mill-utilità mis-substation fil-qrib u tagħbijiet mhux lineari jiġbdu kurrenti armoniċi ta' forma ta' mewġa distorta. Is-simulazzjoni titwettaq bil-valuri ddisinjati tal-filtri armoniċi b'vultaġġ nominali minn linja għal linja ta' 400V, frekwenza operattiva ta' 50Hz, qawwa reattiva nominali ta' 50KVAR, fattur ta' kwalità ta' 7 u l-frekwenza tal-irfinar hija ssettjata għall-5.^thu 7^tharmoniċi.

Il-forom tal-mewġ tal-vultaġġ u tal-kurrent qabel ma jiġu applikati l-filtri armoniċi huma murija fil-figura 3.

L-industrija għandha tagħbijiet mhux lineari li huma fornuti mill-utilità u dawn it-tagħbijiet jiġbdu forma ta' mewġa ta' vultaġġ u kurrent armoniku distorta kif muri fil-figura 3 u mill-analiżi tat-Trasformazzjoni Fast Fourier (FFT) kif muri fil-figura 4 il-valur THD huwa 18.33%, li huwa 'l fuq mil-limitu aċċettabbli tal-istandard IEEE, jiġifieri 5% għal dan l-istudju. Għalhekk, biex titnaqqas id-distorsjoni armonika, filtri armoniċi b'sintonizzazzjoni waħda, b'sintonizzazzjoni doppja, b'pass għoli u tat-tip c huma ddisinjati u mqiegħda fil-post xieraq fis-sistema tal-enerġija industrijali; konsegwentement, id-distorsjoni armonika titnaqqas u l-prestazzjoni tagħhom titqabbel.

Filtru Armoniku Sintonizzat Uniku

Filtru Armoniku ta' Pass Għoli

Filtru Armoniku Sintonizzat Doppjament

Filtru Armoniku tat-Tip C

Konklużjoni

F'dan id-dokument, jiġi studjat tqabbil tal-prestazzjoni ta' filtri armoniċi f'sistema ta' enerġija industrijali għat-tnaqqis tad-distorsjoni armonika. Id-distorsjoni armonika miġbuda mit-tagħbijiet mhux lineari tal-industrija tipprovdi valur THD ta' 18.33%. U meta jiġi applikat filtru armoniku sintonizzat wieħed, it-THD jitnaqqas għal 5.08%. Filwaqt li l-applikazzjoni ta' filtru armoniku high-pass tagħti THD ta' 5.09%. Filtru armoniku sintonizzat doppju jipprovdi valur THD ta' 4.00%. Fl-aħħar nett, bl-użu ta' filtri armoniċi tat-tip c, jinkiseb valur THD ta' 4.68%. Bħala riżultat, mir-riżultati tas-simulazzjoni u l-analiżi FFT, huwa osservat li l-filtru armoniku sintonizzat doppju jagħti prestazzjoni aħjar mill-filtri armoniċi sintonizzati wieħed, high-pass u tat-tip c fit-tnaqqis tad-distorsjonijiet armoniċi għall-kobor aċċettabbli stabbilit mill-istandards tal-IEEE, jiġifieri inqas minn 5% għal dan l-istudju u huwa rakkomandat li l-industrija tuża l-filtru armoniku sintonizzat doppju fis-sekondarja tat-transformer biex teħles minn tisħin addizzjonali, tripping falz u malfunzjoni tat-tagħmir minħabba armoniċi li jikkawżaw telf fil-produzzjoni għall-industrija.

Ikkuntattjana għal gwida esperta:

Għal aktar informazzjoni dwar kif Filtru Armoniku AttivuĠeneratur Statiku Var jista' jtejjeb il-kwalità tal-enerġija: sales@intonepower.com

REFERENZI

[1] L-IEEE,IEEE 1159 1995 Prattika rakkomandata għall-monitoraġġ tal-kwalità tal-enerġija elettrika.1995.
[2] W. Are et al., 'Il-Kwalità tas-Sistemi tal-Enerġija Elettrika, It-Tieni Edizzjoni'.
[3] MS Almutairi u S. Hadjiloucas, 'Mitigazzjoni tal-Armoniċi Bbażata fuq il-Minimizzazzjoni tal-Kurrent Mhux Lineari f'Sistema tal-Enerġija', 2019.
[4] A. Bagheri u M. Alizadeh, 'Id-Disinn ta' Filtru Passiv għat-Tnaqqis tad-Distorsjoni Armonika fil-Mikro-grid Ibridu Inklużi Turbina tar-Riħ, Ċellula Solari u Tagħbija Mhux Lineari', nru. 12, pp. 10–13, 2019.
[5] Y. Cho, H. Cha, Y. Cho, u H. Cha, 'Disinn ta' Filtru Armoniku Passiv b'Intonazzjoni Unika li Jikkunsidra l-Varjanzi tal-Intonazzjoni u l-Fattur ta' Kwalità Disinn ta' Filtru Armoniku Passiv b'Intonazzjoni Unika li Jikkunsidra l-Varjanzi tal-Intonazzjoni u l-Fattur ta' Kwalità', vol. 8972, 2014.
[6] R. Dua u A. Agrawal, 'L-Impatt ta' Filtru Sintonizzat Uniku fuq Sistema PV Konnessa mal-Grid', vol. 08, nru. 06, pp. 213–217, 2019.
[7] M. Awadalla, M. Orner, u A. Mohamed, 'Disinn ta' filtru b'sintonizzazzjoni waħda għall-mitigazzjoni u l-ottimizzazzjoni armonika b'banek ta' kapaċitaturi Disinn ta' Filtru b'sintonizzazzjoni waħda għall-Mitigazzjoni u l-Ottimizzazzjoni Armonika b'Banek ta' Kondensaturi', nru. Settembru 2015, 2019.
[8] Serje IOPC u M. Science, 'Tnaqqis armoniku bl-użu ta' filtru passiv b'sintonizzazzjoni waħda fl-industrija tal-ipproċessar tal-plastik Tnaqqis armoniku bl-użu ta' filtru passiv b'sintonizzazzjoni waħda fl-industrija tal-ipproċessar tal-plastik', 2018.
[9] YK Haur, TJ Son, LK Yun, W. Jee, u K. Raymond, 'Disinn ta' Filtru Armoniku Passiv b'Sintonizzazzjoni Unika biex Jissodisfa l-Istandard Ieee-519 Permezz ta' Manipulazzjonijiet tal-Fatturi ta' Kwalità', vol. 29, nru. 1, pp. 1364–1379, 2020.
[10] KR Cheepati, S. Ali, u A. Rangampet, 'Ħarsa ġenerali lejn il-Filtri Armoniċi b'Sintonizzazzjoni Doppja fit-Titjib tal-Kwalità tal-Enerġija taħt Kundizzjonijiet ta' Tagħbija Mhux Lineari', vol. 10, nru. 7, pp. 11–26, 2017.
[11] HE Yi-hong u SU Heng, 'Metodu Ġdid għad-Disinn ta' Filtru b'Aġġustament Doppju', nru. Iccsee, pp. 206–209, 2013.
[12] KR Cheepati, S. Ali, u SK M, 'Analiżi tal-Prestazzjoni ta' Filtru Passiv b'Sintonizzazzjoni Doppja għall-Kwalità tal-Enerġija', vol. 9, nru. 7, pp. 3295–3305, 2016.
[13] P. Control u G. Mishra, 'Disinn ta' Filtru Passiv Għoli għal Applikazzjonijiet ta' Filtru tal-Qawwa Attiva Ibrida Dipartiment tal-Inġinerija Elettrika Istitut Nazzjonali tat-Teknoloġija Disinn ta' Filtru Passiv Għoli għal Applikazzjonijiet ta' Filtru tal-Qawwa Attiva Ibrida'.
[14] B. Park, J. Lee, H. Yoo, u G. Jang, 'Mitigazzjoni Armonika bl-Użu ta' Filtri Armoniċi Passivi: Studju ta' Każ f'Sistema ta' Enerġija ta' Impjant tal-Azzar', 2021.
[15] ZA Memon, MA Uqaili, u MA Unar, 'Mitigazzjoni tal-Armoniċi tas-Sistema tal-Enerġija Industrijali bl-Użu ta' Filtri Passivi', nru. Lulju, 2016.
[16] IA Shah u RK Ali, 'Disinn ta' Filtru Passiv tat-tip C għat-Tnaqqis tad-Distorsjoni Armonika u l-Kumpens tal-Qawwa Reattiva', vol. 4, nru. 12, pp. 38–47, 2016.
[17] R. Klempka, 'Metodu Ġdid għad-Disinn tal-Filtru Passiv tat-Tip C', nru. 7, pp. 277–281, 2012.
[18] A. Furnaces, 'L-Għażla ta' Filtri tat-Tip C għall-Kumpens tal-Qawwa Reattiva u l-Filtrazzjoni ta' Armoniċi Ogħla', 2020.
[19] A. Muchtar u WM Muttaqin, 'Tqabbil bejn il-prestazzjoni ta' filtru sintonizzat wieħed u filtru tat-tip c fuq in-netwerk tad-distribuzzjoni tal-enerġija elettrika Tqabbil bejn il-prestazzjoni ta' filtru sintonizzat wieħed u filtru tat-tip c fuq in-netwerk tad-distribuzzjoni tal-enerġija elettrika', 2019.
[20] SA Rahman, 'DVR Ibbażat fuq Konvertitur Dirett biex Itaffi l-Qtugħ tad-Dawl f'Fażi Unika', nru. Settembru 2019, 2021.
[21] A. Rahman, 'Mitigazzjoni tat-Tnaqqis, iż-Żieda u l-Qtugħ tal-Vultaġġ mingħajr Konvertitur', nru. Ottubru 2019, 2021.
[22] SA Rahman, SB Mule, ED Mitiku, GT Aduye, u C. Gopinath, 'Kumpens għall-Ogħla Tnaqqis u Nefħa fil-Vultaġġ bl-użu ta' Konvertitur Matriċi ta' Fażi Unika b'Erba' Swiċċijiet Ikkontrollati', nru. 4, pp. 134–138, 2021.
[23] C. Reads, 'Ir-Realizzazzjoni ta' Konvertitur Matriċi ta' Fażi Unika bl-Użu ta' 4 Swiċċijiet Ikkontrollati', nru. Ottubru 2019, 2021.
[24] SA Rahman u G. Teshome, 'Kumpens massimu ta' tnaqqis fil-vultaġġ bl-użu ta' konvertitur dirett billi jiġi modulat is-sinjal tat-trasportatur', vol. 10, nru. 4, pp. 3936–3941, 2020.
[25] SA Rahman u E. Dagnew, 'Kumpens għat-tnaqqis fil-vultaġġ bl-użu ta' DVR ibbażat fuq konvertitur dirett billi jiġi modulat is-sinjal tal-iżball', vol. 19, nru. 2, pp. 608–616, 2020.
[26] SA Rahman, ED Mitiku, SB Mule, GT Aduye, MA Huluka, u S. Mesfin, 'Voltage Sag Mitigation Using Direct Converter Based DVR without Error Signal', Nru. 12, pp. 34–37, 2021.
[27] SA Rahman, S. Birhan, ED Mitiku, GT Aduye, u P. Somasundaram, 'Topoloġija Ġdida tad-DVR biex Tikkumpensa għat-Tnaqqis fil-Vultaġġ, it-Tnaqqis fil-Vultaġġ, u l-Qtugħ f'Fażi Unika', vol. 17, nru. 4, pp. 1–10, 2021.
[28] CRCP LLC,Kwalità tal-enerġija © 2002.2002.

Awturi:Lettur, is-Sur Estifanos Dagnew Mitiku, Dipartiment tal-Inġinerija Elettrika u tal-Kompjuter, Istitut tat-Teknoloġija, Università ta' Gondar, Gondar, Etjopja, Email: est7eced@gmail.com; Lettur, is-Sur Gebrie Teshome Aduye, Dipartiment tal-Inġinerija Elettrika u tal-Kompjuter, Istitut tat-Teknoloġija, Università ta' Gondar, Gondar, Etjopja, Email: gebrie.415@gmail.com; Professur Assoċjat, Dr. Abdul Rahman, Dipartiment tal-Inġinerija Elettrika u tal-Kompjuter, Istitut tat-Teknoloġija, Università ta' Gondar, Gondar, Etjopja, Email: msajce.abdulrahman@gmail.com; Lettur, is-Sinjura Mahilet Mentesinot Abuhay, Dipartiment tal-Inġinerija Industrijali, Istitut tat-Teknoloġija, Università ta' Gondar, Etjopja, Email: mahiletme@gmail.com.

Identifikatur tal-Oġġett tas-Sors u tal-Pubblikatur: REVIŻJONI TAL-INĠINERIJA ELETTRIKA, ISSN 0033-2097, SENA 98 NUMRU 3/2022. doi:10.15199/48.2022.03.12