پخش بار هارمونيكي در يك شبكه‌ي توزيع شعاعي با تمركز روي زاويه‎ي فاز هارمونيك‌ها

كارشناسي ارشد

سيستم هاي قدرت

1395

۱۳۹۷/۱۲/۲۰

دكتر عليرضا جليليان

برق

افزايش روزافزون استفاده از تجهيزات الكترونيك قدرت، منابع توليد پراكنده و ... باعث به وجود آمدن اعوجاج در ولتاژهاي شبكه مي‌شود. ازاين‌رو، در سال‌هاي اخير به دست آوردن ولتاژهاي حالت دائمي در فركانس‌هاي هارمونيكي اهميت ويژه‌اي يافته است. روش‌هاي پخش بار هارمونيكي در تحليل و طراحي سيستم قدرت بسيار مهم هستند، زيرا به‌وسيله‌ي پخش بار هارمونيكي مي‌توان سطح اعوجاج هارمونيكي در شبكه را تعيين كرد. اكثر استانداردها تنها براي اندازه‌ي جريان منابع هارمونيكي محدوديت قائل شده‌اند، درحالي‌كه زاويه‌ي فاز هارمونيك‌ها مي‌تواند تأثير قابل‌ملاحظه‌اي روي سطح اعوجاج هارمونيك‌هاي شبكه داشته باشد. ازاين‌رو در اين پايان‌نامه بر بررسي زاويه‌ي فاز هارمونيك‌ها تمركز شده‌است. در اين پايان‌نامه ابتدا الگوريتم پخش بار هارمونيكي سه‌فاز Z_Bus مستقيم در نرم‌افزار متلب براي سه حالت بدون حضور خازن و فيلتر غيرفعال موازي، در حضور خازن و در حضور فيلتر غيرفعال موازي شبيه‌سازي و نتايج آن صحت‌سنجي مي‌شود. طبق نتايج به دست آمده خازن و فيلتر هر دو مي‌توانند ولتاژ مؤلفه اصلي را بهبود دهند. در عين حال خازن ممكن است باعث پديده‌ي تشديد و بالا رفتن سطح اعوجاج هارمونيك كل شود. درحالي كه فيلتر مي‌تواند اعوجاج هارمونيك كل را نيز بهبود دهد. در ادامه با استفاده از الگوريتم پخش بار هارمونيكي تأثير زاويه‌ي ولتاژ مؤلفه اصلي بر تعيين زاويه‌ي فاز هارمونيك‌ها و نتايج پخش بار هارمونيكي بررسي مي‌شود و نشان داده مي‌شود كه با بالا رفتن مرتبه‌ي هارمونيك‌ها تأثير آن بيشتر خواهد شد. سپس حساسيت سطح هارمونيك‌هاي شبكه نسبت به زاويه‌ي فاز منابع هارمونيكي بررسي مي‌شود و نشان داده مي‌شود كه منابع هارمونيكي تحت زواياي فاز مختلف مي‌توانند اثر همديگر را تقويت و يا تضعيف كنند. در ادامه الگوريتم پخش بار هارمونيكي سه‌فاز Z_Bus مستقيم با استفاده از روش شبيه‌سازي‌هاي مونت‌كارلو اصلاح مي‌شود و بر اين اساس الگوريتمي براي در نظر گرفتن ماهيت تصادفي زاويه‌ي فاز منابع هارمونيكي پيشنهاد مي‌شود. سپس با استفاده از الگوريتم پيشنهادي ماهيت تصادفي زاويه‌ي فاز منابع هارمونيكي براي ضرايب غالب مختلف كه مقدار تصادفي بودن زاويه را تعيين مي‌كنند شبيه‌سازي مي‌شود. طبق نتايج ماهيت تصادفي زاويه‌ فاز منابع هارمونيكي تأثير تعيين‌كننده‌اي بر سطح اعوجاج هارمونيك‌هاي شبكه دارد و هرچه زاويه‌ي منابع هارمونيكي ماهيت تصادفي‌تري داشته باشند سطح اعوجاج هارمونيك كل ولتاژ در شبكه كمتر مي‌شود. به عنوان مثال در يك شبكه‌ي توزيع 95 شينه با تعداد منابع هارمونيكي زياد، سطح اعوجاج هارمونيك كل تا ده برابر كاهش مي‌يابد. واژه‌هاي كليدي: پخش بار هارمونيكي، زاويه‌ي فاز هارمونيك‌ها، شبيه‌سازي‌هاي مونت‌كارلو، بارهاي غيرخطي

1398/01/23

Harmonic Power Flow on a Radial Distribution System by Focusing on the Phase Angle of Harmonics

4/12/2019 12:00:00 AM

Progressive use of power-electronic equipment, distributed power generation units, etc. results in higher harmonic distortion level of the grid voltage. Thus, calculating steady-state harmonic voltages has been becoming more and more important. Harmonic power flow algorithms play an important role at analysis and design of power systems because they contribute to calculate harmonic distortion levels. Most current standards consider an upper limit for the amplitude of customer’s harmonic emissions, whereas the phase angle of customer’s harmonic emissions can affect the harmonic distortion in the grid voltage as well. Therefore, this thesis focuses on investigating the influence of harmonic phase angle on the harmonic distortion level. In this thesis, at the first algorithm of three-phase harmonic power flow by direct Z_Bus method is simulated in MATLAB software for three cases in the absence of shunt capacitors and passive filters, in the presence of capacitors and in the presence of passive filters, and its results are validated. According to the results, both capacitors and filters can improve the fundamental voltage. At the same time, the capacitor may cause the phenomenon of resonance and increase the level of total harmonic distortion. While the filter can also improve total harmonic distortion. In the following, using the harmonic power flow algorithm, the effect of the phase angle of fundamental voltage on the determination of the harmonic phase angles and the harmonic power flow results is investigated ,and it is shown that with increasing harmonic order the effect will be increased. Then, the sensitivity of the level of harmonics distortion against the harmonic source phase angle is investigated ,and it is shown that harmonic sources under different phase angles can amplify or weaken each other's effects. In the next step, the Z_Bus direct harmonic power flow algorithm is modified using the Monte Carlo simulation method. Accordingly, an algorithm is proposed to consider the random nature of the phase angle of the harmonic sources. Then, using the proposed algorithm, the random nature of the phase angle of the harmonic sources is simulated for different prevailing ratios, that determine the randomness of the angle. According to the results, the random nature of the phase angle of the harmonic sources has a significant effect on the distortion level of the network harmonics, and the more stochastic nature of harmonic source phase angles result in the lower voltage total harmonic distortion in power network. Keywords: Harmonic power flow, Harmonic phase angle, Monte-Carlo Simulations, Non-linear loads