شناسایی مرتبه هارمونیکی موثر بر افزایش تلفات شبکه‌های هارمونیکی مبتنی‌بر توان لحظه‌ای نول و به‌کارگیری روش MP

نوع مقاله: مقاله برق

نویسندگان

دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

بارهای تک‌فاز با الگوی مصرفی متفاوت، عمده بارهای شبکه‌های توزیع فشارضعیف را تشکیل می‌دهند و با گسترش استفاده از ادوات الکترونیک_قدرت در تجهیزات الکتریکی بار مشترکین در اکثر شبکه‌های توزیع فشارضعیف علاوه‌بر عدم تعادل، دارای اعوجاجات هارمونیکی هست. این عدم تعادل و اعوجاجات هارمونیکی نه تنها به شبکه‌های بالادست منتقل شده و باعث بروز مشکل می‌شوند، بلکه در شبکه‌های فشارضعیف نیز موجب می‌شود تا مجموع جریان سه‌فاز صفر نگردد و با جاری‌شدن جریان برگشتی در هادی نول، تلفات این شبکه‌ها افزایش یابد. در این مقاله، در ابتدا، توان لحظه‌ای نول به عنوان معیاری جهت تشخیص تعادل یا عدم تعادل شبکه‌های فشارضعیف هارمونیکی معرفی می شود، سپس با به‌کارگیری روش MP (Matrix Pencil Method)، فرکانس‌های موجود در شکل موج توان لحظه‌ای نول و مرتبه-های هارمونیکی بارهای هارمونیکی مشخص‌شده تا بارهای موثر بر کاهش توان لحظه‌ای نول مشخص ‌گردند و با جابه‌جایی و ایجاد آرایش مناسب این بارها در سه‌فاز شبکه، به کاهش نامتعادلی و تلفات شبکه بیانجامد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Identification of Harmonic Order Effective in Neutral Power Losses by Matrix Pencil Method

نویسندگان [English]

  • Noureyeh Zahiroddin
  • Alireza Jalilian
  • S. Mohammad Shahrtash
Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

In recent years, using power electronic equipment in residential and office buildings, commercial complexes, manufacturing unit's loads such as heating, lighting, domestic appliances have significantly increased. Since, most of them are single-phase with variable load pattern, LV power systems are imbalanced and harmonic polluted. The presence of harmonics in imbalance power systems can generate vital problems such as excessive neutral current losses and costs. Therefore, a detailed study into these systems is essential. In this paper, instantaneous neutral power is used as an indication of identifying imbalances in low voltage systems. By applying Matrix Pencil Method to instantaneous neutral power, and based on the rules introduced, the harmonics that have contributions in unbalancing of the system are found. According to this result and according to another set of proposed rules, the loads that affect power losses are identified in order to be switched between phases and, further, to optimize the loss in neutral conductor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Imbalance LV Systems
  • Harmonic Polluted Systems
  • Instantaneous Power
  • Matrix Pencil Method
  • Harmonic Loads

[1] Z. Moravej, A.A. Abdoos, and M. Pazoki, “An intelligent method for detection and classification of power quality events”, Journal of Modeling in Engineering, Vol. 9, N|O. 27, Winter 2012, pp. 23-37.

[2] Z. Moravej, and J. Azarakhsh, “Simulation and Classification of Power Quality Disturbances Using Neural Network”, Journal of Modeling in Engineering, Vol. 13, NO. 41, Summer 2015, pp. 137-146.

[3] S. Pande, and J.G. Ghodekar, “Reduction of Power Loss of Distribution System by Distribution Network Management”, International Journal of Multidisciplinary Sciences and Engineering, Vol. 3, NO. 11, November 2012, pp. 21-24.

[4] محمدرضا والیزاده و بابک عبدی،"هارمونیک­ها در سیستم­های قدرت، علل ایجاد، اثرات و چگونگی کنترل آن"، کنفرانس بین المللی مهندسی کامپیوتر، برق و الکترونیک، کوالالامپور، مالزی، 15 خرداد، دوره 5، 1395.

[5] M. Z. Lowenstein, "Eliminating harmonic neutral current problems", IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition, Chicago, United State of America, May 2008, pp. 1-4.

[6] B. Singh, P. Jayaprakash, and D. P. Kothari, "Magnetics for neutral current compensation in three-phase four-wire distribution system", Joint International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems & Power, New Delhi, India, December 2010, pp. 1-7.

[7] A. Ahmad, M. KamilZia, and M. Tufail, "Widely Linear Matrix Pencil Based Frequency Estimation in Power Systems", IEEE 9th International Conference on Emerging Technologies (ICET), Islamabad, Pakistan, December 2013, pp.1-5.

[8] A.E. Emanuel, Power Definitions and the Physical Mechanism of Power Flow, 1th ed., John Wiley & Sons, West Sussex, United Kingdom, 2010.

[9] R. D. Patidar, and S. P. Singh, “Harmonic, Reactive and Neutral Currents Compensation and Load Balancing in 3P4W Distribution Systems”, International Conference on Computer Engineering and Technology, Singapore, Malaya, February 2009, pp. 1-5.

[10] J.C. Hernándeza, M.J.Ortegaa, J.De la Cruzb, and D.Verac, “Guidelines for the Technical Assessment of Harmonic, Ficker and Unbalance Emission Limits for PV-distributed Generation”, Electric Power Systems Research, Vol. 81, NO. 7, July 2011, pp. 1247-1257.

[11] G. Chicco, P. Postolache, and C. Toader, "Triplen harmonics: Myths and reality, Electric Power Systems Research", Vol. 81, NO. 7, July 2011, pp. 1541-1549.

[12] H. Liao, S. Abdelrahman, and J. V. Milanovic, "Zonal Mitigation of Power Quality Using FACTS Devices for Provision of Differentiated Quality of Electricity Supply in Networks With Renewable Generation", in IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 32, NO. 4, August 2017, pp. 1975-1985.

[13] Power System Instrumentation and Measurements Committee, “IEEE Standard 1459 Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities under Sinusoidal, Non-sinusoidal, Balance, or Unbalance Conditions,” March 2010, pp. 25-29.

[14] Transmission and Distribution Committee, “IEEE Standard 1159 Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality”, 2009, pp. 15-19.

[15] ترجمه رضا قاضی، "کاربرد ادوات توان سفارشی در بهبود کیفیت توان در شبکه­های توزیع"، چاپ اول، انتشارات واژگان خرد، ایران، 1396.

[16] IEEE Power and Energy Society, "IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems," in IEEE Std. 519-2014 (Revision of IEEE Std. 519-1992), June 2014, pp.1-29.

[17] دفتر نظارت بر توزیع معاونت هماهنگی توزیع توانیر، ”پیش­نویس دستورالعمل مدیریت بار پست­ها و فیدرهای فشارضعیف در شبکه­های توزیع نیروی برق“، تابستان 1394، صفحه 12-24.

[18] نوریه ظهیرالدین، سید محمد شهرتاش، علیرضا جلیلیان و علی رامین­فرد، "تعمیم شاخص­های نامتعادلی بار به بارهای هارمونیکی"، کنفرانس منطقه­ای سیرد، تهران، ایران، 26 و 27 دی، دوره 6، 1396.

[19] T.K. Sarkar, S. Park, J. Koh, and S.M. Rao, "Application of the Matrix Pencil Method for Estimating the SEM (Singularity Expansion Method) Poles of Source-Free Transient Responses from Multiple Look Directions", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 48, NO. 4, April 2000, pp. 612 - 618.

[20] فواد شیری و محمدرضا آقامحمدی، "شناسایی مدهای الکترومکانیکی سیستم قدرت با استفاده از روش مجموع حداقل مربعات Hankel بهبود یافته و اندازه­گیری­های همزمان"، کنفرانس مهندسی برق ایران، تهران، ایران، 26 تا 28 اردیبهشت، دوره 20، 1391.

[21] X. Lil, H. Zhao, Z. Chen, and J. Hu, "A Comparison between Fast Fourier Transform and Matrix Pencil Method for Spectral Integration Calculation", IEEE International Conference on Computational Electromagnetics, Chengdu, China, October 2018, pp. 1-3.

[22] H. Sharifzadeh, and M. Jazaeri, "Design of State Estimator and Bad Data Detection Module in Power System by Using Perceptron Artificial Neural Network", Journal of Modeling in Engineering, Vol. 9, NO. 26, Autumn 2011, pp. 13-22.

[23] T.K. Sarkar, and O. Pereira, "Using the Matrix Pencil Method to Estimate the Parameters of a Sum of Complex Exponentials", IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 37, NO. 1, February 1995, pp. 48 – 55.