Dağıtım Ağı Planlama ve Tasarımında Harmonik Analiz Uygulaması Üzerine Tartışma
1.1 Harmonik kavramı
Harmonik, frekansı temel frekansın tam sayı katı olan bir sinüs dalgasını ifade eder. Elektrik şebekesinde doğrusal olmayan bileşenlerin ve doğrusal olmayan yüklerin varlığı nedeniyle, elektrik şebekesinin voltaj veya akım dalga biçimi sadece 50 Hz frekanslı bir sinüs dalgası değildir (temel dalga olarak da adlandırılır), aynı zamanda temel dalganın (50 Hz) frekansıyla bir tamsayı içerir. Çift ve kesirli frekansın diğer sinüs dalgaları. Bu sinüs dalgalarına güç şebekesinin harmonikleri denir. Harmonikler, yüksek harmoniklere ve kesirli harmoniklere bölünmüştür.Yüksek harmoniklerin frekansı, temel frekanstan daha yüksektir ve kesirli harmonik frekansı, temel frekansın bir bölümüdür. Güç sistemindeki harmonikler esas olarak yüksek dereceli harmoniklerdir.
1.2 Menşei
Güç sistemindeki ana harmonik kaynaklar şunlardır:
(1) Ferromanyetik doygunluk tipi: Transformatörler, reaktörler vb. Gibi doğrusal olmayan ferromanyetik doygunluk özelliklerine sahip çeşitli demir çekirdekli ekipman.
(2) Elektronik anahtar tipi: Sistem dışında yaygın olarak kullanılan ve birçok alanda yaygın olarak kullanılan çeşitli AC ve DC dönüştürücü cihazları ve çift yönlü tristör kontrollü anahtar ekipmanı; DC iletimde doğrultucu valfler ve invertör valfleri gibi sistem içinde Bekle.
(3) Ark tipi: Eritme ark ocağının eritme işlemi ve AC ark kaynağı makinesinin kaynak işlemi sırasında ark tutuşur ve şiddetli dalgalanmalar oldukça doğrusal değildir, bu da düzensiz akım dalgalanmalarına neden olur. Doğrusal olmama, ark voltajı ve ark akımı arasındaki düzensiz ve rastgele volt-amper özelliklerini gösterir.
2 Harmonik tehlikeler
2.1 Tehlikeli güç kaynağı ve dağıtım hatları
Güç kaynağı ve dağıtım ağı sistemlerindeki güç hatları ve güç transformatörleri, bir arıza durumunda hatların ve ekipmanın güvenliğini sağlamak için genellikle elektromanyetik röleler, endüktif röleler veya transistör röleleri ile tespit edilir ve korunur. Röle koruma cihazı harmoniklerden etkilendiğinden, reddedilmesi veya arızalanması kolaydır, bu da güç kaynağının ve güç dağıtım sisteminin kararlı ve güvenli çalışmasını ciddi şekilde tehdit eder.
Harmonikler, dağıtım ağının gerilim ve akım dalga biçimlerini bozacaktır. Örneğin, sivil güç dağıtım sistemindeki nötr hat, flüoresan lambalar, kısma lambaları, bilgisayarlar vb. Yükler nedeniyle çok sayıda tek harmonik üretecektir. Faz hattındaki üç tam sayı katları, nötr hat üzerinde üst üste bindirilerek, nötr hattın akım değerinin faz hattındaki akımı aşmasına neden olur. Ayrıca, aynı frekans harmoniklerinin aktif gücü ve reaktif gücü sürekli olarak üretilir, bu da şebeke gerilimini düşürür ve büyük miktarda şebeke kapasitesi tüketir.
2.2 Elektrikli ekipmanı tehlikeye atma
Harmonikler, kondansatörün terminal voltajını artırarak, kondansatör üzerinden akım ve güç kaybını büyük ölçüde artırır. Harmonik içerik yüksek olduğunda, kondansatör aşırı akım ve aşırı yüklenir ve güç kaybı artarak kapasitörün anormal ısınmasına neden olur. Özellikle voltaj distorsiyonlu bir güç şebekesine kondansatörler yerleştirildiğinde, güç şebekesinin harmonikleri artacaktır. Ek olarak, harmoniklerin mevcudiyeti, voltajı keskin nokta dalga formu sunma eğilimindedir ve böylece ortamda kısmi boşalmaya neden olur. Bu fenomen, yalıtım ortamının yaşlanmasını hızlandıracak ve kapasitörün hizmet ömrünü kısaltacaktır.
Harmonikler, direnç kaybı, iletkendeki girdap akımı kaybı ve iletken dışındaki başıboş kayıp dahil olmak üzere transformatörün bakır kaybını artıracaktır. Harmonikler ayrıca transformatörün demir kaybını arttırır ve ikisiyle orantılı olan manyetik çekirdekteki histerezis kaybını artırır. Ayrıca harmonikler, trafo gürültüsünün artmasına ve hatta metalik gürültüye neden olur.
Harmonikler, asenkron motorun ek kayıplarını artıracak ve ciddi durumlarda motorun aşırı ısınmasına neden olacaktır. Özellikle negatif sıralı harmonik, motorda negatif sıralı dönen bir manyetik alan oluşturduğunda ve motorun dönüş yönünün tersine bir tork oluşturduğunda, fren olarak kullanılır, böylece motorun çıktısını azaltır. Ek olarak, frekans, bileşenin doğal frekansına yakın olduğunda, motordaki harmonik akım, motoru mekanik olarak titreştirerek çok yüksek gürültü üretir.
Harmonik akım, tam elektromanyetik devre kesicinin demir kaybını arttırır ve yüksek ısı üretir ve elektromıknatıslar ve girdap akımları nedeniyle tetiklenmesi zordur; termal manyetik devre kesiciler, cilt etkisi ve demir kaybı nedeniyle çok fazla ısı üretir ve bu da nominal akımda bir azalmaya neden olur; Elektronik devre kesiciler için, harmoniklerin anma akımlarını da düşürmesi gerekir, özellikle tepe noktaları algılayan elektronik devre kesiciler için, anma akımı daha da azalacaktır. Harmonikler nedeniyle her tür dağıtım devre kesicinin arızalanabileceği sonucuna varılmıştır.
Harmonikler, elektromanyetik indüksiyon yoluyla iletişime müdahale ederek iletişim gürültüsüne veya döngü sinyalinin yanlış çalışmasına neden olur. Harmonik gerilim, akım, frekans ve hat uzunluğu gibi harmonik girişime neden olan birçok faktör vardır.
Harmoniklerin ve negatif sekansın birleşik eylemi altında, negatif sekans filtreli birçok koruma ve otomatik cihaz, sık sık yanlış kullanım nedeniyle başarısız olabilir veya hatta çalışmadan çıkabilir. Aynı zamanda, güç sisteminin arıza kaydedicisi de arızalanacak ve gerçek arızaların kaydını etkileyecektir.
Özetle, dağıtım şebekesindeki dönüştürücü ekipmanın ürettiği harmonikler, elektrik şebekesi ve ekipmanında harmonik kirliliğe neden olurken, şebeke çalışmasının güvenliğine yönelik, elektrik şebekesinin kararlı çalışmasını olumsuz yönde etkileyen ve hatta tehdit eden gizli tehlikeler vardır.
3 Dağıtım ağı planlaması ve tasarımında harmonik bastırma yöntemleri
Harmoniklerin dağıtım şebekesine ve güç ekipmanına verdiği zararı analiz ederek, güç sisteminin kararlı çalışması, aşırı standart harmonikler tarafından büyük ölçüde tehdit edilmektedir, bu nedenle harmonik kontrol çok önemlidir. Dağıtım ağının planlanmasında ve tasarımında, harmoniklerin bastırılmasının kapsamlı bir şekilde dikkate alınması, yalnızca ekipmanın çalışmasının güvenilirliğini artırmak, güç kalitesini iyileştirmek ve ekonomik kayıpları azaltmakla kalmaz; ayrıca, harmonik akımların neden olduğu ekipman kaybını ve ısıyı azaltır, ekipman bakım maliyetlerini ve Ekipmanın hizmet ömrünü uzatın. Ek olarak, bilgi aktarımını etkilemekten kaçınmak için rezonans olasılığı harmonik kontrol yoluyla uygun şekilde azaltılabilir.
3.1 Harmonik kaynak dönüşümü
3.1.1 Doğrultucu transformatörün faz sayısını artırın
Düşük sıralı karakteristik harmonikleri daha iyi ortadan kaldırabilen düzeltme bileşenleri ile düzeltme fazını veya ekipmanın titreşim sayısını artırın. Genellikle planlama ve tasarımda, faz sayısını artırmaya yönelik tedbirlerin harmonik kaynağın ürettiği harmonik içeriği azalttığı düşünülmektedir. Güç kaynağı sistemindeki ana harmonik kaynağı doğrultucu olduğu için, AC tarafında üretilen yüksek dereceli harmonikler tk ± 1 harmoniktir.Parçalı harmoniklerin sayısı arttıkça 5. ve 7. harmonikler elimine edilebilir. Bu nedenle, bu yöntem, düşük sıralı harmonikleri ortadan kaldırmada çok etkilidir. Ancak, gerçek kullanımdaki yüksek yatırım maliyeti ve düşük maliyetli performansı nedeniyle, yalnızca büyük kapasiteli doğrultucu cihaz yükleri için uygundur.
3.1.2 Doğrultucu güç faktörünün dönüşümü
Yüksek güç faktörlü bir doğrultucu, harmonikleri en aza indirmek için doğrultucunun kendisini değiştirerek aynı fazdaki akım ve gerilimin birleşimidir. Bu doğrultucu, bir birim güç faktörü dönüştürücü olarak adlandırılabilir. Ekipman tasarım sürecinde, harmonikleri etkili bir şekilde baskılayabilen doğrultucunun güç faktörünü artırmaya çalışın.
3.2 Harmonik kompanzasyon cihazının montajı
Harmonik kompanzasyon cihazı, harmonik kaynağın kendisini harmonikleri bastırmak için dönüştürme yöntemine etkili bir tamamlayıcıdır ve etkisi de çok önemlidir. Harmonik kompanzasyon cihazları, pasif filtreler, aktif filtreler, hibrit aktif filtreler vb. İçerir.
(1) Pasif filtre
Pasif filtreleme, filtreleme için filtreleme cihazları olarak kapasitörler, reaktörler ve dirençlerin kombinasyonunu ifade eder. Böyle bir filtre cihazı genellikle yakındaki harmonik akımları emer ve harmonik kirliliğin bastırılmasında önemli bir etkiye sahiptir. Pasif filtrenin çalışma prensibi, düşük empedansı ile belirli bir frekansın harmoniklerinin pasif filtre tarafından emilmesidir. Basit yapı, düşük maliyet, yüksek verimlilik ve güvenilirlik, uygun kurulum ve bakım avantajlarına sahiptir, bu nedenle harmonik bastırma ve reaktif güç kompanzasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Ancak pasif filtre karakteristikleri sistemden büyük ölçüde etkilendiği için sadece belirli harmonikler ortadan kaldırılabilir ve reaktif güç kompanzasyonu ile gerilim regülasyonunu koordine etmek zordur Harmonik akım arttığında filtrenin aşırı yüklenmesine ve daha fazla tüketmesine neden olabilir. Bu eksiklikler, pasif filtreleme kullanımını sınırlandırır.
(2) Aktif filtre
Güç elektroniği teknolojisinin gelişmesiyle birlikte pasif filtrelerin avantaj ve dezavantajları da dikkate alınarak aktif filtreler ortaya çıkmıştır. Pasif filtrelemeden farklı olarak, aktif filtreleme daha güvenilirdir ve daha hızlı yanıt hızına sahiptir ve harmonikler için kompanzasyon aralığı da daha geniştir.Ayrıca titreşim bastırma ve reaktif güç kompanzasyonu gibi fonksiyonları da gerçekleştirebilir. Aktif filtre, sistem parametrelerinden etkilenmeden geliştirilmiştir, rezonansı ortadan kaldırabilir ve adaptif fonksiyon ile değişen harmonikleri otomatik izleme ve kompanzasyon avantajlarına sahiptir.
(3) Hibrit aktif filtre
Pasif filtre cihazını ve aktif filtre cihazını bir hibrit aktif filtre oluşturmak için birleştirin; veya harmonik kaynaklar için bazıları pasif filtreler kullanır ve bazıları hibrit ve tamamlayıcı bir filtre kombinasyonu oluşturmak için aktif filtreler kullanır .
4 Örnekler
Dağıtım şebekesinin planlanmasında ve tasarımında düşünülebilecek harmonik bastırma yöntemlerinin tartışılmasıyla, bu makale şebekeye bağlanmak için 110/6 kV transformatör (40 MW kapasite) kullanır, ana yük 6 kV yüksek gerilim motorları ve bazı 0,4 kV motorlardır. Örneğin, harmonik bastırma için filtrelerin tasarımı ve kurulumunun uygulanmasını detaylandırın. Sistemin reaktif gücünün gereksinimleri karşılamasının sağlanması temelinde, reaktif güç kompanzasyonu için sahaya bir reaktör kurulur. Transformatörlerin, motorların ve reaktörlerin ana harmonik kaynaklar olduğu göz önünde bulundurularak harmonik gereksinimlerinin karşılanması için harmonik kompanzasyon için filtrelerin kurulması planlanmaktadır. Güç ağı yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir:
Mevcut ağ kompanze edilmediğinde, Şekil 2'de gösterildiği gibi harmonikleri hesaplamak için güç sistemi analiz yazılımı NEPLAN kullanılır.
NEPLAN harmonik hesaplamasından sonra, ana bara ve ana bileşenlerin harmonik verileri Şekil 3 ve Şekil 4'te gösterilmektedir.
6 kV veri yolu BB_A'nın gerilim harmonik içeriği:% 36.96 ve 110 kV veri yolu BB_110kV'nin harmonik içeriği:% 4.48.
Yukarıdaki hesaplama sonuçlarına göre, ana harmonik kaynağının reaktör SHUNT_A olduğu bulunmuştur. Sistemin harmonik bileşenlerini azaltmak için, FILTER_A filtresi harmoniklerini bastırmak için kullanılır.Filtrenin parametreleri Şekil 5'te gösterilmiştir:
Kompanzasyon sonrası harmonik hesaplama yine NEPLAN tarafından yapılır ve sonuç Şekil 6'da gösterilir:
Karşılaştırma, FILTER_A filtresinin güç şebekesine yerleştirilmesinden sonra, sistem harmoniklerinin önemli ölçüde azaldığını buldu: BB_A veri yolunun gerilim harmonik içeriği% 36.96'dan% 13.56'ya ve 110 kV veri yolu BB_110kV harmonik içeriği% 4.48'den% 1.64'e düştü; aynı zamanda, Sistem akım harmonikleri de büyük ölçüde azaltıldı NET_110kV% 15.37'den% 5.75'e ve SHUNT_A% 15.71'den% 5.82'ye düştü.
5. Sonuç
Son yıllarda alçak gerilim dağıtım şebekelerinin harmonik analizi ve kontrol teknolojisi üzerine yapılan araştırmalar, güç sistemleri alanında önemli bir konu haline gelmiştir. Doğrusal olmayan ekipmanların yaygın kullanımı nedeniyle, dağıtım şebekesine büyük miktarda harmonik kirlilik getirilir ve bu da kazalara neden olurken güç kalitesini ciddi şekilde düşürür. Dağıtım şebekesinin planlanmasında ve tasarımında, harmonik kontrol yöntemlerinin dağıtım şebekesinin mevcut durumuna ve gelecekteki gelişim ihtiyaçlarına göre makul bir şekilde planlanması, güç sistemi ve doğrusal olmayan ekipmanın harmonik içeriğinin gerçek zamanlı olarak analiz edilmesi ve ölçülmesi ve getirdiği zararın azaltılması gerekmektedir.
Referanslar
GB / T 14549-93, Güç kalitesi genel şebeke harmonikleri Pekin: Elektrik Enerjisi Bakanlığı, 2016.
Song Wennan, Liu Baoren. Güç sisteminin harmonik analizi Beijing: Water Conservancy and Electric Power Press, 1995.
Xiao Xiangning Güç Kalitesi Analizi ve Kontrolü Beijing: China Electric Power Press, 2004.
Xiao Jun, Gao Haixia, Ge Shaoyun, et al.Kentsel orta gerilim dağıtım ağının değerlendirme yöntemi ve vaka çalışması.Güç Sistemi Teknolojisi, 2005, 29 (20): 77-81.
Xiao Jun, Luo Fengzhang, Wang Chengshan, vb. Güç Şebekesi Planlaması için Kapsamlı Değerlendirme ve Karar Sisteminin Tasarımı ve Uygulaması Güç Sistemi Teknolojisi, 2005, 29 (2): 9-13.
Zhang Rongrong. Dağıtım Ağı Planlamasında Akıllı Dağıtım Ağı Teknolojisinin Uygulaması. Teknolojik Yenilik ve Uygulama, 2015 (36): 209.
Xu Guorui, Li Jinxiang, Wu Guodong ve diğerleri.Şebeke harmonik voltajının senkron ayarlı kameraların rotor kaybı üzerindeki etkisi.Büyük Motor Teknolojisi, 2018 (1): 28-33.
Fan Daoqing, Guo Xianchao, Liu Jingjia. Modüler çok seviyeli harmonik kompanzasyon kontrol stratejisi. Otomasyon ve Enstrümantasyon, 2018, 33 (2): 73-76, 81.
yazar bilgileri:
Yang Mantian, Tao Dingtao, Li Tingting, Li Xinqiang, Ling Yongxiang, Yang Xi
(Nanning Güç Kaynağı Bürosu, Nanning, Guangxi 530029)
