LISTRIK 8.1 Pendahuluan
8.4 Metode Simulas
Propagasi harmonik yang tidak seimbang dalam suatu sistem tenaga listrik dapat disimulasikan menggunakan multiphase masuk persamaan matriks sebagai berikut:
di mana setiap baris [YH] matriks merupakan salah satu simpul dari sistem. Node dapat berupa fase tiga fase bus. Ini juga dapat menjadi netral sambungan titik seperti titik bintang dari Y-terhubung transformator. Rumit transformator sambungan dimasukkan dalam matriks ini melalui simpul-penggantian nama mekanisme [4]. Sisi sebelah kanan adalah harmonik sumber arus mewakili harmonik memproduksi perangkat. Floating sub-jaringan seperti delta terhubung subsistem dan motor dapat ditemui di multiphase analisis. Karena tidak ada tegangan referensi untuk seperti jaringan, bagian dari [YH] matriks adalah tunggal. Struktur ini dapat diakomodasi dengan menambahkan sesuai impedansi ke ground atau dengan memodifikasi faktorisasi algoritma.
Setelah matriks dibentuk, berbagai jaringan harmonik solusi metode yang dikembangkan untuk satu fasa berbasis representasi dapat diperpanjang ke multiphase . Seperti dijelaskan dalam bab-bab sebelumnya, empat jenis harmonik analisis biasanya dilakukan:
1. Frekuensi Scan Analisis: Pada penelitian ini, jaringan respons frekuensi dilihat pada setiap fase dari sebuah bus dapat ditentukan. Positif, negatif dan nol urutan frekuensi tanggapan dilihat di bus juga dapat ditentukan. Dalam kasus ini, tiga- fase harmonik arus, positif, negatif atau nol urutan masing-masing, yang disuntikkan ke ruang bus. Multiphase frekuensi scan berguna, misalnya, untuk menentukan harmonik resonansi disebabkan oleh satu-fasa capacitor. Secara umum, frekuensi scan sulit untuk digunakan dalam multiphase kasus karena banyaknya jumlah node yang harus dipertimbangkan.
2. Harmonik Analisis Menggunakan Current Sumber Model: Dalam hal ini,
harmonik yang memproduksi perangkat dimodelkan sesederhana individu-fase sumber arus. Sumber arus besaran dan sudut ditentukan, misalnya, dari diukur harmonik spektra. Harus ditekankan bahwa fase sudut tiga fase harmonik sumber
arus dengan sudut 120o terpisah di antara tiga fase. Bahkan dengan sedikit
ketidakseimbangan pada frekuensi dasar, sudut fase ketidakseimbangan harmonik frekuensi dapat besar. Oleh karena itu, harmonik spektrum harus ditentukan untuk setiap fase.
3. Harmonik Analisis Fundamental Frekuensi Aliran Daya Hasil: Masalah utama
dari sumber arus berdasarkan analisis adalah kurangnya frekuensi dasar beban arus informasi. Sebagai hasilnya, besarnya sudut fase dari sumber arus tidak dapat ditentukan secara memadai. Dalam perbaikan analisis, sebuah multiphase kekuatan aliran pertama dipecahkan. Harmonik arus disuntikkan ditentukan menggunakan kekuatan arus tegangan dan "khas" sumber spektra.
4. Solusi Aliran Daya Harmonik: Dalam analisis ini, harmonik sumber juga
digambarkan sebagai sumber arus. Namun, besarnya dan fase diperbarui menggunakan berulang-ulang skema yang didasarkan pada rinci (tegangan) yang harmonis sumber model. Antar-fase coupling dari harmonik-sumber dapat dimodelkan dengan baik. Harmonik iteration skema memecahkan jaringan satu frekuensi pada suatu waktu. Dihitung nodal tegangan kemudian digunakan untuk memperbarui sumber arus model [4]. Secara teori, simultan solusi dari semua harmonik perintah seperti yang digunakan dalam HARMFLO program [6] juga dapat dikembangkan untuk multiphase analisis, tetapi algoritma akan sangat kompleks.
Karena ketersediaan dan digunakan secara luas di lain analisis, waktu-domain simulasi perangkat seperti Alternatif Peralihan Program (ATP) juga digunakan untuk mempelajari harmonik propagasi dalam seimbang sistem. Kunci masalah dalam seperti penggunaan adalah untuk mengidentifikasi ketika keadaan tunak kondisi yang telah dicapai.
8.5 Studi Kasus I
Studi ini menggambarkan bagaimana bisa muncul seperti biasanya harmonik dan memerlukan analisis dalam multiphase tampaknya sistem seimbang. Sebuah ± 150 MVar var Kompensator statis akan dipasang di sebuah cabang dari SM Hydro. Yang SVC terhubung ke bus dan 138 kV terdiri dari satu thyristor-switched kapasitor (TSC) dan tiga thyristor-switched reaktor (TSR). Hal ini umumnya percaya bahwa tipe TSR harmonik SVC bebas. Sebuah TSR pada dasarnya adalah sebuah reaktor secara seri dengan anti-
paralel pasangan thyristor. Thyristor ini dipilih secara acak. Setiap thyristor memiliki deviasi tegangan drop sekitar ± 0,07 V ketika melakukan. Akibatnya, salah satu seri- tumpukan terhubung thyristor akan memiliki jumlah yang sedikit berbeda drop tegangan maju daripada anti-paralel satu.
Perbedaan tegangan ini adalah tegangan efektif langsung di cabang TSR. Sejak perlawanan dari cabang-cabang dan TSR SVC gulungan transformator umumnya sangat kecil, tegangan langsung kecil dapat menghasilkan arus langsung relatif besar. Arus ini akan beredar melalui gulungan sekunder dari transformator SVC dan dapat menyebabkan DC-offset saturasi dari transformator (Gambar 8.4). Sebagai transformator daya khas perlu sedikit magnet arus, sejumlah kecil arus langsung cukup signifikan menyebabkan kejenuhan dan harmonis generasi.
Analisis statistik menunjukkan bahwa arus langsung disuntikkan ke dalam SVC transformator memiliki distribusi normal. Pada tingkat kepercayaan 95%, yang diharapkan dapat arus searah setinggi 19,2 ampere. Ini adalah arus DC sangat besar untuk transformator daya reguler. Oleh karena itu dipandang perlu untuk menganalisis harmonik yang dihasilkan. Tujuannya adalah untuk menemukan arus langsung tingkat tertinggi yang dapat ditoleransi dari distorsi harmonik sudut pandang [7].
Gambar 8.4. SVC sistem dan aliran arus langsung TSR
Arus langsung ke SVC transformator tidak seimbang. Kasus terburuk adalah bahwa satu fase berfungsi sebagai jalur kembali dua fase lain (Gambar 8.4). Ini mengarah pada generasi harmonik yang tidak seimbang yang mengandung positif, negatif dan komponen urutan nol. Selain itu, karena trafo jenuh dengan arus langsung offset, baik genap dan yang ganjil harmonik yang dihasilkan. Utama yang didasarkan memungkinkan penetrasi nol urutan harmonik ke dalam sistem pasokan. Mereka bisa mengganggu sirkuit telepon. Dalam penyelidikan ini, cabang-cabang yang TSR direpresentasikan sebagai impedansi seri dengan sumber tegangan DC. Besarnya dan polaritas dari sumber-sumber DC ditentukan dari analisis statistik. Sebuah rangkaian ekuivalen harmonik digunakan untuk memodelkan transformator magnetizing jenuh cabang. Skema iterasi harmonik digunakan untuk menentukan arus harmonik yang dihasilkan [8]. Iterasi diperlukan karena ketergantungan yang kuat yang dihasilkan pada pasokan arus harmonik tegangan harmonik. Contoh bentuk gelombang diperlihatkan pada Gambar 8.5.
8.5.2 Pemodelan Pasokan Sistem
Sifat dari masalah multi fase memerlukan pemodelan sistem pasokan. Sebuah model jaringan sistem bus dekat SVC dikembangkan (sekitar 300 node). Ini memfasilitasi simulasi berbagai kondisi operasi jaringan. Pada pendekatan kedua, sistem pasokan dimodelkan sebagai tegangan sinusoidal 60 Hz sumber di SVC 138kV bus. Secara efektif mengasumsikan bahwa sistem pasokan harmonik impedansi adalah nol.
Gambar 8.5. Harmonik dari DC offset saturasi transformator
8.5.3 Contoh Hasil
Sejumlah kemungkinan modus operasi SVC dianalisis. Tabel 8.1 menyediakan arus harmonik distorsi (fase terburuk) di bawah kondisi bahwa SVC beroperasi dalam modus induktif sepenuhnya dan dengan bus 1.15pu tegangan 138 kV. Mode ini memiliki DC terbesar generasi sekarang dan tidak tenggelam TSCs harmonik arus dari transformator. Distorsi saat ini terdaftar dalam ampere baik nilai-nilai dan nilai-nilai persentase terhadap nominal SVC arus 560 A. spektrum dari arus disuntikkan ke dalam sistem 138 kV dapat dilihat pada Gambar 8.6. Angka ini menunjukkan bahwa hanya urutan harmonik yang lebih rendah adalah perhatian.
Table 8.1. Arus Distorsi harmonic pada SVC bus. Max.DC (A) I2 (A) I3 (A) ITHD (A) I2 (%) I3 (%) ITHD (%) 14 1.78 1.49 2.76 0.32 0.27 0.49 18 2.36 1.96 3.65 0.42 0.35 0.65 20 2.66 2.21 4.14 0.48 0.39 0.74 25 3.43 2.86 5.38 0.61 0.51 0.96 30 4.17 3.45 6.46 0.74 0.62 1.15 40 5.66 4.63 8.57 1.01 0.83 1.53 50 7.14 5.76 10.7 1.28 1.03 1.92 f6
Figure 8.6. Arus Harmonik yang diinjeksi pada sistem persediaan
8.6 Studi Kasus II
Harmonik mitigasi dalam suatu sistem pemanfaatan diselidiki dalam kasus ini. Sistem, yang ditunjukkan pada Gambar 8.7, merupakan bangunan komersial yang disederhanakan sistem distribusi yang dioperasikan pada tingkat 120V. Beban fase tunggal berisi sumber harmonik seperti modus diaktifkan daya yang diberikan perangkat (PC, printer dll) dan lampu neon. Dalam rangka untuk mengurangi arus netral dan tegangan netral terkait naik, arus urutan nol pemasang perangkap akan terhubung ke
panel wadah. Pemerangkap saat ini, seperti trafo, adalah terdiri dari enam digabungkan, giliran sama rasio gulungan. Gulungan dapat dikonfigurasi menjadi salah satu bentuk zigzag (Gambar 8.8) atau bentuk delta-Y. Di delta-Y konfigurasi, titik bintang gulungan Y dihubungkan ke konduktor netral. Kedua konfigurasi mampu perangkap urutan nol dan harmonik frekuensi dasar arus. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan
konfigurasi yang lebih efektif dan apa kondisi pemuatan yang berkelok-kelok.f7
Figure 8.7. Sistem utility yang disederhanakan untuk kasus II
Figure 8.8. Model 6 Lilitan lekukan dan konfigurasi zig zag
Sebuah multi fase analisis harmonik digunakan untuk kasus ini. Beban yang dimodelkan sebagai beban daya konstan pada frekuensi fundamental dan sumber arus pada frekuensi harmonik. Fase sudut dan besar dari sumber arus yang ditentukan dengan menggunakan arus beban hasil dan sumber harmonik spektra. Fasa tunggal beban diasumsikan mengandung dua jenis beban menghasilkan harmonik, diaktifkan mode jenis beban listrik, yang didominasi oleh PC, dan jenis komposit beban didominasi oleh lampu neon. Tiga fase terdiri dari motor beban dan kecepatan disesuaikan drive. Sistem pasokan dimodelkan sebagai sumber tegangan seimbang di balik kesalahan sistem impedansi. Model-model untuk pemerangkap harmonik yang memiliki inti-tipe desain harus dikembangkan dengan hati-hati. Salah satu masalah utama adalah bahwa model harus dapat benar mensimulasikan sirkulasi urutan nol fluks. Inti-jenis kekuatan desain dalam jumlah besar fluks urutan nol beredar di luar inti magnetik. Untuk mensimulasikan efek
ini, enam fase digabungkan [Z] matriks digunakan dengan masing-masing mewakili satu fase berkelok-kelok. Data dari [Z] matriks dihitung dari jangka pendek dan impedansi rangkaian terbuka ditentukan dengan baik positif dan urutan eksitasi nol. Pemasang lekukan yang sebenarnya konfigurasi diwakili menggunakan penggantian nama node dalam masukan data.
Gambar 8.9 menunjukkan bentuk gelombang dari tegangan netral di panel wadah. Gelombang harmonik diperoleh tanpa pemerangkap juga ditampilkan pada gambar untuk tujuan perbandingan. Hal ini dapat dilihat dari gambar bahwa tegangan netral dapat cukup tinggi (sekitar 20V RMS) jika tidak ada langkah-langkah mitigasi diambil. Penjerat harmonik dapat mengurangi tegangan sesedikit 3V RMS. Tegangan netral didominasi oleh komponen harmonik ke-3. Hasil -Y dan zigzag konfigurasi memiliki
efek yangΔjuga menunjukkan bahwa hampir sama dalam hal mengurangi tegangan
netral (bentuk gelombang yang dapat dibedakan dalam Gambar 8.9).
Figure 8.9. Tegangan Netral pada panel yang diterima.
Tabel 8.2. Harmonic pemerangkap arus berliku dan konduktor netral arus (A)
W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 W-6 I1 80.5 93.0 75.8 9.8 9.8 9.8 Y-D Ih- rms 53.8 53.8 53.6 50.0 50.0 50.0 Irms 96.9 107.4 92.8 50.9 50.9 50.9 I1 26.8 37.9 21.6 37.9 21.6 26.7 Zigzag Ih- rms 53.6 53.6 53.6 53.6 53.6 53.6
Irms 59.9 65.6 57.8 65.6 57.8 59.9
No harmonic source 38.2
Neutral With h-source but no trapper
187.0
current with Y-Δ trapper 22.8
(RMS) with Zigzag trapper 23.5
Tabel 8.2 daftar kondisi pemuatan, dalam bentuk gulungan arus, berhubungan dengan kedua konfigurasi. Hal ini dapat dilihat dari tabel bahwa hasil konfigurasi zigzag lebih kecil berkelok-kelok arus RMS. Y-konfigurasi Oleh karena itu, kurang diminati dalam
hal perangkat kerugian dan kepanasan.Δ Arus konduktor netral dalam nilai-nilai RMS
juga dihitung untuk berbagai konfigurasi dan ditampilkan dalam tabel yang sama. Masuknya "Tidak harmonik sumber" adalah saat ini diperoleh dengan asumsi bahwa beban tidak mengandung sumber harmonik. Hasil menunjukkan bahwa kenaikan arus netral terutama disebabkan oleh arus harmonik dari beban. Karena keterbatasan ruang, masalah-masalah penting lainnya seperti transformator de-rating dan harmonik suntikan ke dalam sistem pasokan tidak dibahas. Mereka dapat dengan mudah meneliti menggunakan sistem yang sama model dan alat analisis.
8.7 Studi Kasus III
Studi hipotetis ini menggambarkan propagasi harmonik dalam sistem distribusi utilitas. Sistem, yang ditunjukkan pada Gambar 8.10, dibahas secara rinci dalam bab studi kasus. Tegangan ketidakseimbangan dalam sistem ini berkisar antara 2-4%. Harmonic sumber sumber fasa-tunggal khas perumahan dan komersial kecil beban daerah.
Figure 8.10. Sebuah utility distribusi tidak seimbang
F11 Kasus menambahkan tiga-tahap yang dapat disesuaikan kecepatan 110 HP drive
transformator makan jembatan penyearah dengan filter kapasitif dan beban resistif. Waktu simulasi ATP digunakan untuk menentukan kondisi mapan suntikan arus harmonik dari drive. Gambar 8.11 menunjukkan spektrum arus yang ditarik oleh kendaraan dan spektrum di bawah kondisi seimbang yang ideal.
Meskipun perubahan dalam besaran harmonik karakteristik kecil, orang dapat melihat bahwa harmonik ketiga yang signifikan muncul pada kasus yang tidak seimbang. Seperti dibahas dalam Bab 1, harmonik tidak berhubungan dengan urutan tertentu dalam sistem yang tidak seimbang. Jadi, misalnya, arus harmonik ketiga akan mengalir dalam kapasitor ungrounded dan filter. Jadi model multiphase rinci dibenarkan untuk utilitas sistem distribusi.
8.8 Ringkasan
Dalam makalah ini, aspek-aspek penting dari analisis harmonik yang tidak seimbang untuk sistem tenaga multiphase ditinjau. Kebutuhan untuk analisis multiphase terutama disebabkan oleh tiga pertimbangan: sistem tidak seimbang, sumber-sumber yang tidak seimbang dan sifat propagasi harmonik. Meskipun banyak kemajuan telah dibuat dalam bidang analisis harmonik multiphase, masih ada masalah yang harus dipecahkan dan perbaikan yang akan dibuat. Sebagai contoh, beberapa masa depan bekerja di bidang ini mencakup:
1. Kuantifikasi dampak berbagai model beban pada penyebaran harmonik dalam
sistem kekuasaan dengan penyempurnaan berikutnya beban harmonik multiphase model.
2. Pengembangan metode analisis yang dapat menilai dampak kolektif dari sejumlah
besar sumber harmonik yang beroperasi secara acak dalam suatu sistem pemanfaatan.
3. Peningkatan model dan solusi terkait algoritma untuk perangkat penghasil
Figure 8.11. ASD Spektrum Arus (fundamental omitted)
8.9 Referensi
1. I. Densem, P.S. Bodger, and J. Arrillaga, "Three-phase Transmission System
Modeling for Harmonic Penetration Studies", IEEE Trans. on PAS, vol. PAS-103,
no.2, Feb. 1984, pp. 256-263.
2. M. Miller, W. Price, M. Lebow, and A. Mahmoud, "A Computer Program for
Multiphase Harmonic Modeling," Proc. ICHPS-1, Worcester, 1984.
3. H.W. Dommel, "Electromagnetic Transients Program Reference Manual (EMTP
Theory Book)", Prepared for Bonneville Power Administration, Dept. of Electrical Engineering, University of British Columbia, Aug. 1986.
4. W. Xu, J.R. Jose and H.W. Dommel, "A Multiphase Harmonic Load Flow
Solution Technique", IEEE Trans. on Power Systems, vol. PS-6, Feb. 1991, pp.
174-182.
5. CIGRE Working Group 36-05, "Harmonics, Characteristic Parameters, Methods
of Study, Estimates of Existing Values in the Network", Electra, no. 77, July 1981, pp. 35-54.
6. D. Xia and G.T. Heydt, "Harmonic Power Flow Studies, Part I - Formulation and
Solution, Part II - Implementation and Practical Application", IEEE Trans. on
PAS, vol. PAS-101, June 1982, pp. 1257-1270.
7. W. Xu, T.G. Martinich, J.H. Sawada and Y. Mansour, "Harmonics from SVC
Transformer Saturation with Direct Current Offset", IEEE Trans. on Power
Delivery, Vol. 8, No.2, July 1994, pp. 1502-1509.
8. H.W. Dommel, A. Yan and S. Wei, "Harmonics from Transformer Saturation",
IEEE Trans. on Power Systems, vol. PWRD-1, April 1986, pp. 209-214.