SISTEM PENGUJIAN PEMODELAN HARMONIK DAN SIMULAS
10.2 Sistem Test No.1: A 14 Sistem Transmisi Seimbang
Sistem tes ini berisi dua sumber harmonik. Salah satunya adalah dua belas- denyutan HVDC bus terminal 3 dan yang lain adalah SVC di bus 8 (Gambar 10.1 dan Gambar 10.2). Karena sistem seimbang dan beban bus jalur transmisi yang dialihkan, analisis harmonik yang seimbang umumnya cukup untuk menentukan tingkat distorsi harmonik dalam kasus ini. Analisis harmonik utama isu-isu yang akan ditunjukkan oleh sistem tes ini adalah:
1. Kebutuhan untuk menyelesaikan beban frekuensi dasar arus untuk analisis
harmonik disuntikkan dari sumber harmonik. Benar representasi dari sudut fase penting untuk sistem dengan beberapa sumber harmonik [1]. Filter harmonik dapat memiliki dampak besar pada arus beban hasil.
2. Efek pembatalan harmonik karena YY dan Y-Delta transformator koneksi (pada
terminal HVDC) dan dampak dari sumber-sumber harmonik lain (yang SVC). Untuk tujuan ini, terminal HVDC dimodelkan sebagai dua enam-denyut sumber harmonik.
3. Efek menggunakan model garis yang berbeda seperti terdistribusi-parameter
model dan disamakan pi-model rangkaian resonansi harmonik penilaian.
Figure 10.1. Test System 1 - 14 Tranmisi Sistem Bus
Figure 10.2. Sumber Harmonik pada test sistem 1
Data lengkap untuk sistem ini ditampilkan dalam Tabel 10,1-10,4. Kunci fitur pemodelan dan simulasi untuk kasus ini adalah:
1. Semua jalur transmisi yang dimodelkan menggunakan parameter terdistribusi-line model. Efek panjang dimasukkan dalam model. Gambar 10.3 menunjukkan efek dari penggunaan model garis yang berbeda. Kurva tersebut merupakan hasil scan frekuensi dilihat di HVDC bis (bis 3). Hasilnya menunjukkan bahwa efek garis panjang harus dimasukkan untuk jalur transmisi jarak jauh.
2. Generator baik dimodelkan sebagai kendur atau PV bus untuk frekuensi dasar
arus beban solusi dan sebagai sub-reaktansi transien untuk analisis harmonik. Sub-transien reactances adalah 0,25 per-unit.
3. Transformator adalah model menggunakan impedansi hubungan arus pendek.
Sambungan yang berkelok-kelok direpresentasikan dalam model sehingga pergeseran fase-efek pada arus harmonik disertakan. Jika harmonik dari trafo saturasi yang menarik, magnet cabang dengan karakteristik kejenuhan harus model. Nominal tekan rasio dari semua transformator adalah 1,0 per-unit dalam kasus ini.
4. Beban yang dimodelkan sebagai beban daya konstan untuk beban aliran solusi
dan sebagai impedansi untuk solusi harmonik. Impedansi harmonik ditentukan sesuai dengan model ke-3 yang direkomendasikan dalam referensi [2].
5. Penyariangan Harmonik harmonis dimodelkan sebagai impedansi. Semua filter
adalah satu-tuned tipe.
6. Terminal yang HVDC dimodelkan sebagai dua enam-denyutan penyearah
jembatan sesuai dengan model referensi [3]. Karena distorsi tegangan pada terminal HVDC kecil, studi sensitivitas menunjukkan bahwa terminal dapat dimodelkan sebagai dua sumber arus harmonik. Sumber spektrum dapat dilihat dalam Tabel 10.4. Harus dicatat bahwa besaran dan sudut fase harus skala dan bergeser sesuai dengan arus beban hasil [1]. Terminal yang HVDC dimodelkan sebagai beban daya konstan dalam aliran beban solusi.
7. The SVC terdiri dari harmonik filter dan terhubung delta-TCR. TCR adalah
model yang menggunakan model referensi [1]. Sudut tembak sekitar 120 derajat. Untuk memfasilitasi penyelesaian kasus program tanpa menggunakan model TCR, yang setara dengan beban dan spektrum harmonik dari TCR tercantum dalam makalah ini. Dengan informasi ini, TCR dapat dinyatakan sebagai konstan daya reaktif beban dalam aliran beban solusi dan sumber arus yang harmonis dalam analisis harmonik. Karena SVC relatif kecil dibandingkan dengan HVDC, dampaknya terhadap sistem secara keseluruhan distorsi harmonik tidak signifikan.
8. Distorsi harmonik hasil yang diperoleh dengan menggunakan metode iterasi
harmonik yang dijelaskan dalam referensi [1]. Karena hasil menunjukkan bahwa distorsi tegangan pada sumber harmonik bis kecil dan arus harmonik yang setara suntikan dari HVDC dan SVC yang dibuat tersedia dalam makalah ini, non- harmonik solusi iteratif metode yang sumber-sumber harmonik model harmonik suntikan saat ini harus memberikan hasil solusi yang sama.
Figure 10.3. Efek menggunakan model garis yang berbeda
Table 10.1 Bus Data dan Hasil Untuk Sistem 1
Table 10.3: Generator Data untuk Sistem 1
10,3 Sistem Test No.2: A 13-Bus Sistem Distribusi yang tidak seimbang
Sistem ini didasarkan pada IEEE 13 bus radial tes distribusi pengumpan [4]. Sistem ini tidak seimbang dan berfungsi sebagai sistem patokan untuk studi propagasi tidak seimbang harmonis. Sistem ini digunakan dalam [1] untuk tujuan ilustrasi dan, dengan modifikasi tambahan, yang diusulkan di sini sebagai sistem pengujian harmonik. Pengumpan, yang ditunjukkan pada Gambar 10.4, mengandung tegangan regulator, tiga dan baris fase tunggal konfigurasi, kapasitor shunt, dan tempat dan beban didistribusikan. Tanah dan fase-fase-fase beban terhubung disertakan. Untuk harmonis studi, beban komposisi ditentukan untuk menyertakan harmonik menghasilkan beban. Data lengkap disediakan dalam Lampiran A *. Spektrum arus beban untuk tiga jenis, yaitu lampu neon bank, kecepatan disesuaikan drive, dan komposit ( "lain") residensial beban, yang diberikan untuk tujuan pengujian. Analisis harmonik dalam sistem distribusi propagasi harus selalu menggunakan fase-domain perwakilan. Item berikut harus dipertimbangkan dalam analisis sistem distribusi yang tidak seimbang:
1. Sulit untuk mengidentifikasi atau menentukan beban penghasil harmonik. Secara
umum, beberapa beban dilayani dari satu titik dan arus harmonik tanggapan mewakili agregat harmonik memproduksi beberapa perangkat.
2. Banyak sistem distribusi cenderung mengandung kapasitor. Scan frekuensi
analisis ini dapat membantu untuk memastikan apakah kondisi resonansi ada. Karena sejumlah besar kemungkinan sumber harmonik lokasi, bagaimanapun, sulit untuk menentukan scan frekuensi bus.
3. Diasumsikan properti yang umum di bawah kondisi seimbang seperti nol-sifat
urutan harmonik tripel tidak lagi terus. Harmonik memproduksi perangkat pada tingkat distribusi dapat menghasilkan harmonik seperti biasanya.
4. Beban dan sambungan trafo dapat memiliki dampak besar pada propagasi
harmonik. Subjek beban sistem distribusi model untuk analisis harmonik masih memerlukan banyak penelitian [1].
* Redaksi Catatan: Klik di sini untuk link ke data untuk Sistem Test II.
Seperti yang ditunjukkan pada [1], relatif moderat variasi dalam model dapat memiliki dampak signifikan pada hasil. Sistem pengujian ditentukan dengan cara yang menyoroti semua masalah ini. Alternatif Program Peralihan digunakan untuk menghitung harmonik
dalam sistem propagasi [5,6]. Sebagian hasil akan ditampilkan dalam Tabel 10,5 dan Gambar 10.5.
f4
Figure 10.4. Test Sistem 2 - Distribution Sistem tidak Seimbang
Table 10.5. Voltage THD (Fundamental Frequency Component)
Node # Phase A Phase B Phase C 32 1.96(1.034) 1.76 (1.038) 1.69(1.007) 33 1.96(1.034) 1.76(1.038) 1.69(1.007) 34 0.96(1.018) 0.96(1.030) 1.04(1.022) 71 3.23(1.010) 2.76(1.045) 2.86(0.969) 75 3.35(1.003) 2.82(1.048) 2.95(0.967) 52 3.30(1.008) 911 3.00(0.965)
Figure 10.5.Tegangan Harmonik Distorsi Spektrum pada titik 71
Modeling dan simulasi fitur untuk kasus ini adalah:
1. Konvensional beban yang dimodelkan sebagai impedansi RL konstan diperoleh
dari kVA yang diberikan pada 60Hz.
2. Menghasilkan beban yang harmonis dimodelkan sebagai sumber arus dengan
spektrum tertentu menggunakan 'Model' kemampuan ATP. Skala magnitudo itu didasarkan pada komponen fundamental dari arus beban dan sudut fase disesuaikan berdasarkan sudut fase tegangan beban yang diperoleh dari frekuensi dasar solusi.
3. Motor dan kapasitor di simpul 34 yang diasumsikan dari layanan. Untuk frekuensi
harmonik, motor harus dimodelkan menggunakan sub-transien impedansi (atau terkunci impedansi rotor).
4. Pengatur tegangan tidak model. Sebaliknya, cabang sekunder trafo keran pada
tiga-tahap yang ditetapkan pada 15, 10 dan 13, masing-masing.
5. Garis saling dimodelkan sebagai p digabungkan cabang.
Untuk kasus yang diteliti, tingkat distorsi tegangan rendah. Hal ini karena beberapa beban terhubung fase-fase dan sudut fase harmonik model. Seperti dijelaskan dalam referensi [1], secara signifikan diperoleh hasil yang berbeda tergantung pada beban pilihan model dan sumber arus harmonik model. Perlu dicatat bahwa pada contoh di [1], semua beban itu diasumsikan terhubung fase-tanah, motor dan kapasitor di simpul 34 adalah dalam pelayanan dan sumber harmonik spektrum yang berbeda dari yang digunakan di sini.
10,4 Sistem Test No.3: A 13-Bus Sistem Distribusi Seimbang Industri
Ujian ini terdiri dari 13 bus dan merupakan perwakilan dari berukuran sedang tanaman industri. Sistem diekstrak dari sistem umum yang dipakai di banyak perhitungan dan contoh-contoh di Buku Warna IEEE seri [7]. Tanaman ini disuplai dari suplai utilitas di 69 kV dan sistem distribusi tanaman lokal beroperasi pada 13,8 kV. Sistem ditunjukkan pada Gambar 10.6 dan dijelaskan oleh data dalam Tabel 10,6-10,9. Karena sifat seimbang
contoh ini, hanya data sekuens positif disediakan. Kapasitansi dari garis atas kepala pendek dan semua kabel diabaikan.
Figure 10.6. Test Sistem 3 – Sebuah Sistem Industri Seimbang
Data tambahan yang digunakan untuk melakukan analisis harmonik contoh sistem industri meliputi:
1. Sistem impedansi setara. Untuk studi ini, sistem impedansi itu ditentukan dari
kesalahan MVA dan X / R rasio pada titik sambungan utilitas. Nilai-nilai ini sekitar 1.000 MVA dan 22,2, masing-masing. Mengemudi titik impedansi (sebagai fungsi frekuensi) pada titik sambungan tidak tersedia, namun harus digunakan bila mungkin.
2. Setempat (di-tanam) generator diwakili sebagai setara Thevenin sederhana.
13.98/-1.52 kV.°Tegangan internal, ditentukan dari solusi aliran daya berkumpul,
adalah .ΩSetara impedansi adalah sub-transien impedansi yang 0,0366 + j1.3651
3. Faktor daya tanaman kapasitor koreksi di 6.000 dinilai kvar. Seperti yang
biasanya dilakukan, kebocoran dan resistansi seri bank diabaikan dalam kajian ini.
4. Perpindahan faktor daya untuk beban drive 0,97 lagging. Faktor daya tinggi ini
adalah khas dari drive dioperasikan pada atau di dekat beban penuh.
Table 10.6. Per-Unit Line and Cable Impedance Data (base values: 13.8 kV, 10,000 kVA)
From To R X 100: UTIL-69 01:69-1 0.00139 0.00296 03:MILL-1 50:GEN-1 0.00122 0.00243 03:MILL-1 05:FDR F 0.00075 0.00063 03:MILL-1 26:FDR G 0.00157 0.00131 03:MILL-1 06:FDR H 0.00109 0.00091
Table 10.7. Transformer Data
From To Voltage Tap kVA %R %X
01:69-1 03:MILL-1 69:13.8 69 15000 0.4698 7.9862 50:GEN1 51:AUX 13.8:0.48 13.45 1500 0.9593 5.6694 05:FDR F 49:RECT 13.8:0.48 13.45 1250 0.7398 4.4388 05:FDR F 39:T3 SEC 13.8:4.16 13.11 1725 0.7442 5.9537 26:FDR G 29:T11 SEC 13.8:0.48 13.45 1500 0.8743 5.6831 06:FDR H 11:T4 SEC 13.8:0.48 13.8 1500 0.8363 5.4360 06:FDR H 19:T7 SEC 13.8:2.4 13.11 3750 0.4568 5.4810
Table 10.8. Generation, Load, and Bus Voltage Data (from power flow study results)
Bus Vmag (p.u.) δ (deg) Pgen kW Qgen kvar Pload kW Qload kvar 100:UTIL-69 1.000 0.00 7450 540 - - 01:69-1 0.999 -0.13 - - - - 03:MILL-1 0.994 -2.40 - - 2240 2000 50:GEN1 0.995 -2.39 2000 1910 - - 51:Aux 0.995 -3.53 - - 600 530 05:FDR F 0.994 -2.40 - - - - 49:RECT 0.980 -4.72 - - 1150 290 39:T3 SEC 0.996 -4.85 1310 1130 26:FDR G 0.994 -2.40 - - - - 06:FDR H 0.994 -2.40 - - - - 11:T4 SEC 0.979 -3.08 - - 370 330 19: T7 SEC 1.001 -4.69 - - 2800 2500 29:T11 SEC 0.981 -4.16 - - 810 800
Table 10.9. Harmonic Source Data
Harmonic # Percent Relative Angle
1 100.00 0.00
5 18.24 -55.68
7 11.90 -84.11
11 5.73 -143.56
17 1.93 111.39 19 1.39 68.30 23 0.94 -24.61 25 0.86 -67.64 29 0.71 -145.46 31 0.62 176.83 35 0.44 97.40 37 0.38 54.36
Isu spesifik yang berkaitan dengan model untuk analisis harmonik juga harus dipertimbangkan jika hasil yang disajikan di sini adalah untuk dapat diperoleh dengan menggunakan program analisis yang berbeda. Modeling pertimbangan berlaku untuk contoh ini meliputi:
1. Semua beban yang dimodelkan sebagai rangkaian RL seri. Pendekatan ini diambil
bukan RL paralel pemodelan untuk lebih akurat mewakili redaman harmonik yang terbatas yang ditawarkan oleh khas motor induksi tanpa beralih pada model motor sangat rinci.
2. Frekuensi ketergantungan model resistensi diabaikan. Hal ini dilakukan terutama
karena perbedaan signifikan yang ada di antara berbagai program yang tersedia. Di samping itu, efek pada frekuensi mengabaikan resistensi mengarah ke lebih dari hasil konservatif (yang seringkali lebih disukai).
3. Transformator magnetik efek cabang diabaikan. Selain itu, peningkatan lilitan
kerugian sebagai fungsi frekuensi juga diabaikan. Sebagaimana dibahas dalam 2 sebelumnya, hal ini dilakukan untuk menghindari masalah ketika membandingkan hasil yang disajikan di sini dengan yang diperoleh menggunakan program analisis lainnya.
Hasil analisis harmonik dari sistem Gambar 10.6 diberikan dalam Tabel 10,10. Fundamental, kelima, dan ketujuh amplitudo harmonik tegangan dan THDV diberikan untuk masing-masing sistem bus. Hasil ini, bersama dengan yang diperoleh dari frekuensi dasar studi aliran daya (ditunjukkan pada Tabel 10,8), memberikan gambaran yang akurat
profil tegangan di pabrik.
10.5 Kesimpulan
Data lengkap untuk tiga sistem pengujian harmonik telah disajikan dalam bab ini. Sistem dapat digunakan sebagai sistem patokan untuk pengembangan metode analisis harmonik baru dan untuk evaluasi perangkat lunak harmonik yang ada. Peneliti, pengembang dan pengguna program analisis harmonik dianjurkan untuk menggunakan sistem ini untuk menguji program-program Pemodelan dan Simulas harmoniki.
Table 10.10: Plant Harmonic Voltage Distortion Summary. Bus V1 (VLN) V5 (VLN) V7 (VLN) THDV (%) 100:UTIL- 69 39645.70 40.37 104.23 0.28 01:69-1 39538.00 52.36 135.14 0.37 03:MILL-1 7712.77 53.51 138.13 1.93 50:GEN1 7726.55 51.72 133.51 1.87 51:Aux 262.74 1.72 4.40 1.81 05:FDR F 7709.24 54.07 138.35 1.94 49:RECT 269.89 12.79 12.83 8.02 39:T3 SEC 2240.05 14.83 37.21 1.80 26:FDR G 7709.07 53.48 138.04 1.93 06:FDR H 7703.35 53.43 137.91 1.93 11:T4 SEC 260.40 1.78 4.59 1.90 19: T7 SEC 1302.74 8.58 21.78 1.81 29:T11 SEC 256.29 1.71 4.36 1.84
10.7 Referensi
1. IEEE Task Force on Harmonics Modeling and Simulation, "Modeling and
Simulation of the Propagation of Harmonics in Electric Power Networks, Part 1 &
2", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 11, No.1 January 1996, pp. 452-474.
2. 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.
3. W. Xu, J.E. Drakos, Y. Mansour, A. Chang, "A Three-Phase Converter Model for
Harmonic Analysis of HVDC Systems", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 9,
No.3, July 1994, pp.1724-1731.
4. IEEE Distribution Planning Working Group Report," Radial Distribution Test
5. Canadian/American EMTP User's Group "Alternative Transients Program(ATP) Rule Book" , Portland, OR, 1995.
6. 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.
7. IEEE Standard 399-1990, "IEEE Recommended Practice for Industrial and
Commercial Power System Analysis", IEEE, New York, 1990.