PEMODELAN SUMBER HARMONIK KONVERTER ELEKTRONIKA DAYA
3.4 Studi Kasus
kontrol konverter, pergantian variasi, dan resistensi di ac impedansi jaringan [12].
Sisa-atau-Domain Frekuensi Device Model digunakan dengan Frekuensi- Domain Model Jaringan
Dalam model ini, konverter dijelaskan dalam kerangka waktu yang sebenarnya persamaan diferensial-domain yang mengatur kinerjanya. Kemudian, konverter arus diselesaikan dalam waktu-domain dan dikonversi ke frekuensi-domain dengan menggunakan analisis Fourier. Selanjutnya, arus harmonik disuntikkan ke jaringan model dan harmonik tegangan pada setiap jaringan bus dihitung. Tegangan yang dihitung kemudian digunakan untuk menghitung ulang konverter arus dalam waktu domain. Di Newton-Raphson Gauss-Seidel atau jenis analisis aliran daya harmonik, iterates prosedur ini sampai kriteria konvergensi terpenuhi. The HARMFLO + HARMFLO dan program komputer terkenal produk yang menggunakan kombinasi waktu dan frekuensi-domain solusi. Lebih rinci tentang model ini dapat ditemukan dalam [15-17].
Referensi [18] juga menampilkan frekuensi-domain model yang merumuskan umum set persamaan non-linear untuk menggambarkan konverter dalam kondisi mapan. Convolutes perumusan jumlah sampel periodik dalam frekuensi domain dengan fungsi sampling pulsa persegi. Penggunaan fungsi pengambilan sampel dengan cara ini mirip dengan pekerjaan lain menggunakan fungsi switching [7]. Non-linear persamaan ini kemudian diselesaikan dengan menggunakan metode Newton dalam hubungannya dengan frekuensi-domain model jaringan.
Model Domain Sisa
Pada masa-domain model, metode penyelesaian yang digunakan adalah waktu simulasi seluruh sistem (baik ac konverter dan jaringan). Solusi ini metode yang paling matang dari harmonik simulasi. Program-program seperti EMTP, ATP, dan EMTDC dapat digunakan untuk mendapatkan waktu lengkap-domain solusi. Periode yang sebenarnya operasi dalam setiap siklus operasi konverter dijelaskan oleh persamaan diferensial. Tidak ada usaha dilakukan untuk mengubah ke frekuensi domain. Baik kondisi seimbang dan tidak seimbang dapat ditangani, dan model konverter dapat sedetail diperlukan. Namun, solusi waktu dan upaya rekayasa meningkat secara signifikan. Referensi [19] dan [20] juga memberikan wawasan lain untuk waktu-domain model.
3.4Studi Kasus
Dalam bagian ini, kami mengevaluasi dua konverter harmonik model yang digunakan dalam simulasi. Kedua model injeksi arus harmonik model dan model rangkaian ekivalen Norton. Sebuah jenis PWM biasa terlihat kecepatan disesuaikan drive (ASD) dipilih untuk evaluasi. Sebuah ASD terutama terdiri dari sebuah konverter (penyearah atau front- end), sebuah dc link, controller, dan inverter. Umumnya, harmonik yang dihasilkan
dalam bagian inverter dapat diabaikan dilihat dari sisi ac konverter karena lintasan arus harmonik dibentuk oleh link dc kapasitor. Oleh karena itu, konverter dimodelkan sebagai satu-satunya bagian yang menyuntikkan arus harmonik ke dalam sistem kekuasaan untuk tipe PWM ASD. Gambar 3.3 menunjukkan rangkaian konverter dari ASD, di mana inverter dan beban motor yang dimodelkan sebagai sumber arus langsung.
Figure 3.3. Converter Circuit Model of the PWM ASD
Norton Equivalent Circuit Model
Konverter rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 3.3 ini dipecahkan dengan teknik analisis harmonik yang dijelaskan dalam [7]. Hasil akhirnya adalah terhubung delta rangkaian ekuivalen Norton. Rangkaian tersebut kemudian dihubungkan dengan jaringan pasokan dalam mode berulang-ulang, seperti dijelaskan dalam [11], untuk menentukan arus injeksi harmonik dari ASD. Parameter yang diperlukan untuk menjalankan model 1) penembakan sudut thyristor ; 2) arus langsung mengalir ke inverter, Id; dan 3) link
dcαconverter, R, L, dan C nilai-nilai komponen.
Sudut penembakan dari jenis PWM ASD hampir nol karena penggunaan dioda sebagai front end. Arus langsung mengalir ke inverter dapat diperkirakan dari motor beban sebagai
,
(3.7)
di mana P adalah beban motor termasuk kerugian, dan Vg adalah garis ke ground tegangan dari sistem pasokan.
Perlu bervariasi untuk penyelidikan berbagai ASD kondisi operasi motor.αDalam studi
harmonik khas, dan Id Selain itu, perwakilan dari link dc penting untuk simulasi harmonik yang benar. Jika link dc parameter tidak tersedia, sebuah model yang disederhanakan seperti injeksi saat ini model tersebut dapat diusulkan.
Sebuah ASD dapat diwakili sebagai sumber arus harmonik. Tabel 3.2 memberikan harmonik khas spektrum magnituda dan fasa yang dapat digunakan untuk model sebuah ASD. Bentuk gelombang yang sesuai ditunjukkan pada Gambar 3.4. Data ini diperoleh dari ekuivalen Norton model yang mensimulasikan PWM aktual ASD dan diverifikasi oleh tes laboratorium. Ekstensif analitis dan studi numerik menunjukkan bahwa data yang cocok untuk jenis PWM model ASDs.
Table 3.2. Typical Harmonic Spectra of PWM Type ASDs
______________________________________________ Load
Level 100% 75% 50%
h-order Mag. Angle Mag. Angle Mag. Angle
1 100.00 0 100.00 0 100.00 0 3 0.35 - 159 0.59 -44 0.54 -96 5 60.82 - 175 69.75 - 174 75.09 - 174 7 33.42 - 172 47.03 - 171 54.61 - 171 9 0.50 158 0.32 -96 0.24 - 102 11 3.84 166 6.86 17 14.65 16 13 7.74 - 177 4.52 - 178 1.95 71 15 0.41 135 0.37 - 124 0.32 28 17 1.27 32 7.56 9 9.61 10 19 1.54 179 3.81 9 7.66 16 21 0.32 110 0.43 - 163 0.43 95 23 1.08 38 2.59 11 0.94 -8 25 0.16 49 3.70 10 3.78 7
Untuk menggunakan model ini, pertama-tama ASD direpresentasikan sebagai beban daya konstan pada frekuensi dasar. Kekuatan yang sesungguhnya beban sama dengan ASD / motor beban dan daya reaktif beban adalah nol. Jaringan ini kemudian dipecahkan pada
frekuensi dasar. 60, masing-masing.θSaat ini yang ASD magnituda dan sudut fasa
ditentukan sebagai I60 dan Sumber arus harmonik yang mewakili ASD dihitung dengan
skala atas kolom kolomθbesarnya Tabel 3.2 oleh I60 dan dengan menggeser sudut fase
oleh h 60. Hal ini dapat dilihat bahwa model sumber arus mudah digunakan dan kebutuhan kurang masukan usaha. Kerugiannya adalah bahwa model tidak dapat mensimulasikan berbagai ASDs dan ASD / kondisi operasi sistem.
Model Verifikasi
Tes laboratorium dilakukan untuk memverifikasi tiga fase ASD Model yang dikembangkan dalam kajian ini. Tes-tes tersebut dilakukan pada 30 hp tipe PWM ASD melayani 20 hp beban motor induksi. Setup laboratorium ditunjukkan pada Gambar 3.5. Tegangan suplai yang ASD (baris ke baris), Vs, adalah 600 V. beban mekanik motor bervariasi untuk mensimulasikan kondisi operasi yang berbeda. Kondisi 13 operasi dicatat. Untuk setiap kondisi operasi, bentuk gelombang dari 15 jumlah tegangan dan arus diukur ketika sistem berada dalam keadaan tunak. Snapshot gelombang ini, termasuk sisi sumber tegangan dan arus, motor tegangan dan arus sisi, link dc inverter tegangan dan arus, yang akan disinkronisasikan dan mencicipi dengan kecepatan 100 kHz. Selain operasi di atas tes, link dc diukur pada berbagai frekuensi dalam tes terhenti untuk menentukan parameter komponen.
Figure 3.4. Typical Current Waveforms of PWM Type ASDs
Rangkaian ekuivalen yang ASD model dapat diverifikasi dengan membandingkan ASD diukur arus ke dalam sistem pasokan terhadap yang dihitung. Perbandingan bentuk gelombang lebih diinginkan daripada perbandingan spektrum harmonik karena mantan memastikan bahwa baik besaran dan fase harmonik sudut diperiksa. Sebuah model jaringan yang mewakili kondisi pengujian dibangun. Hulu sungai sistem pasokan dimodelkan sebagai dikenal tiga fase sumber tegangan harmonik ditentukan dari data yang diukur.
Gambar 3.6 memberikan perbandingan untuk tiga-fase ASD arus antara diukur dan dihitung nilai-nilai di bawah satu perwakilan kondisi operasi. Dalam gambar, bentuk gelombang yang diukur diplot sebagai garis padat sedangkan bentuk gelombang dihitung diplot sebagai garis putus-putus. Beberapa perbedaan antara bentuk gelombang dihitung diukur dan diamati. Beberapa faktor mungkin telah berkontribusi pada perbedaan. Faktor pertama adalah bahwa ukuran ASD relatif kecil. Hal ini membuat variasi karakteristik thyristor listrik lebih terlihat dalam bentuk gelombang. Komponen frekuensi tinggi dari link dc arus yang dihasilkan oleh skema PWM dan ketidaktelitian dari link dc parameter dapat juga berkontribusi terhadap perbedaan. Pengujian menunjukkan bahwa bentuk gelombang diperoleh dengan menambahkan induktor antara drive dan motor berada dalam perjanjian lebih dekat dengan yang dihitung. Selain itu, melihat bahwa harmonik pada tegangan suplai mempunyai dampak pada bentuk gelombang dihitung. Sayangnya, termasuk lebih harmonik tidak meningkatkan kesepakatan. Secara keseluruhan, perjanjian antara diukur dan bentuk gelombang yang dihitung menunjukkan bahwa model yang diusulkan dapat diterima.
Fig 3.6. Comparison of Measured and Calculated Waveforms
3.5 Ringkasan
Model yang umum konverter elektronik yang digunakan dalam analisis harmonik disajikan dalam bab ini. Model ini dibangun baik di waktu-domain atau frekuensi-domain dan dalam hubungannya dengan sistem yang tepat model jaringan. Sekali dibangun, model siap untuk digunakan dalam teknik simulasi yang harmonis seperti non-berulang atau iteratif analisis.
Maksud dari bab ini adalah untuk memberikan gambaran tentang model konverter ini. Studi kasus yang dipilih dengan dua model konverter disajikan untuk menunjukkan simulasi harmonik prosedur dan ketepatan model yang diusulkan. Untuk lebih rinci pendekatan model, para pembaca disarankan untuk melihat ke dalam referensi yang tersedia di sini atau di sumber lain. Referensi [21-24] harmonik juga menyediakan model untuk jenis lain perangkat elektronik.
3.6 Referensi
1. R. P. Stratford, "Analysis and Control of Harmonic Current in Systems with Static
Power Converters," IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. IA-17, No. 1,
January/February 1981, pp. 71-78.
2. IEEE Power Electronics Modeling Task Force & Digital Simulation Working
Group, "Guidelines for Modeling Power Electronics in Electric Power
Engineering Applications," IEEE Trans. on. Power Delivery, Vol. 12, No. 1,
January 1997, pp. 505-514.
3. Task Force on Harmonics Modeling and Simulation, "The Modeling and
Simulation of the Propagation of Harmonics in Electric Power Networks Part I:
Concepts, Models and Simulation Techniques," IEEE Trans. on Power Delivery,
Vol. 11, No. 1, January 1996, pp. 452-465.
4. M. F. McGranaghan, R. C. Dugan, and W. L. Sponsler, "Digital Simulation of
Distribution System Frequency-Response Characteristics," IEEE Trans. on Power
Apparatus and Systems, Vol. PAS-100, No. 3,March 1981, pp. 1362-1369.
5. D. J. Pileggi, N. H. Chandra, and A. E. Emanuel, "Prediction of Harmonic
Voltages in Distribution Systems," IEEE Trans. on Power Apparatus and
Systems, Vol. PAS-100, No. 3,March 1981, pp. 1307-1315.
6. T. H. Ortmeyer, "Harmonic Analysis Methodology," IEEE PES Tutorial Course,
Course Text 84 EH0221-2-PWR, February, 1984, pp. 74-84.
7. W. Xu, J. E. Drakos, Y. Mansour, and 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.
8. J. Arrillaga and C. D. Callaghan, "Three Phase AC-DC Load and Harmonic
Flows," IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 6, No. 1, January 1991, pp. 238-
244.
9. J. Usaola and J. G. Mayordomo, "Fast Steady-State Techniques for Harmonic
Analysis," Proceedings of the 4th International Conference on Harmonics in
Power Systems (ICHPS IV), Budapest, Hungary, October 1990, pp. 336-342.
10.B. C. Smith, N. R. Watson, A. R. Wood, and J. Arrillaga, "A Solution for the
Steady-State Interaction of the AC/DC Converter with Weak AC and DC
Systems," Proceedings of the 7th International Conference on Harmonics and
Quality of Power (ICHQP VII), Las Vegas, NV, October 1996.
11.W. Xu, J. R. Jose and H. W. Dommel, "A Multiphase Harmonic Load Flow
Solution Technique," IEEE Trans. on Power Systems, Vol. PS-6, February 1991,
pp. 174-182.
12.B. C. Smith, J. Arrillaga, A. R. Wood, and N. R. Watson, "A Review of Iterative
Harmonic Analysis for AC-DC Power Systems," Proceedings of the 7th
International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP VII), Las Vegas, NV, October 1996.
13.E. V. Larsen, D. H. Baker, and J. C. McIver, "Low-Order Harmonic Interactions
on AC/DC Systems," IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 4, No. 1, January
14.S. G. Jalali and R. H. Lasseter, "A Study of Nonlinear Harmonic Interaction
Between a Single Phase Line-Commutated Converter and a Power System," IEEE
Trans. on Power Delivery, Vol. 9, No. 3, July 1994, pp. 1616-1624.
15.D. Xia and G. T. Heydt, "Harmonic Power Flow Studies, Part I - Formulation and
Solution, Part II - Implementation and Practical Application", IEEE Trans. on
Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-101, June 1982, pp. 1257-1270.
16.V. Sharma, R. J. Fleming, and L. Niekamp, "An Iterative Approach for Analysis
of Harmonic Penetration in Power Transmission Networks," IEEE Trans. on
Power Delivery, Vol. 6, No. 4, October 1991, pp. 1698-1706.
17.M. Valcarcel and J. G. Mayordomo, "Harmonic Power Flow for Unbalanced
Systems," IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 8, No. 4, October 1993, pp.
2052-2059.
18.B. C. Smith, N. R. Watson, A. R. Wood, and J. Arrillaga, "A Newton Solution for
the Harmonic Phasor Analysis of AC/DC Converters," IEEE Trans. on Power
Delivery, Vol. 11, No. 2, April 1996, pp. 965-971.
19.B. K. Perkins and M. R. Iravani, "Novel Calculation of HVDC Converter
Harmonics by Linearization in the Time-Domain," IEEE Trans. on Power
Delivery, Vol. 12, No. 2, April 1997, pp. 867-873.
20.M. Grotzbach and Ch. Ried, "Investigation of AC/DC Converter Harmonics by an
Analytical Based Time-Discrete Approach," IEEE Trans. on Power Delivery,
Vol. 12, No. 2, April 1997, pp. 874-880.
21.W. Xu, J. R. Marti, and H. W. Dommel, "Harmonic Analysis of Systems with
Static Compensators," IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 6, No. 1, February
1991, pp. 183-190.
22.L. J. Bohmann and R. H. Lasseter, "Harmonic Interactions in Thyristor Controlled
Reactor Circuits," IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 4, No. 3, July 1989, pp.
1919-1926.
23.J. Vittek and M. Y. Najjar, "Common Methodology for Steady State Harmonic
Analysis of Inverters," IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 10, No. 3, July 1995,
pp. 1628-1634.
24.J. J. Rico, E. Acha, and T. J. E. Miller, "Harmonic Domain Modeling of Three
Phase Thyristor-Controlled Reactors by Means of Switching Vectors and Discrete
Convolutions," IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 11, No. 3, July 1996, pp.
1678-1684.