ارزیابی هارمونیکی شبکۀ توزیع بر مبنای طبقه‌بندی نوع بار(مطالعۀ میدانی)‌

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی کامپیوتر و صنایع، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران.

چکیده

یکی از مشکلات اصلی و مهم کیفیت توان در شبکۀ توزیع نیروی برق، آلودگی هارمونیکی است. قبل از پیشنهاد هر روش مناسبی برای کاهش مشکلات هارمونیک در شبکه و همچنین برنامۀ توسعۀ شبکه، درک و کمی‌ کردن سطح هارمونیک در شبکۀ برق بسیار مهم است. در این راستا، در این مقاله، با توجه‌ به دسته‌بندی مشترکین در شبکۀ توزیع نیروی برق و بر اساس بیشترین تعداد مشترکین در شبکه، بارهای الکتریکی در چهار دستۀ خانگی، تجاری، اداری و ترکیبی طبقه‌بندی شده و ارزیابی هارمونیکی شبکۀ توزیع برای هر نوع بار به‌صورت میدانی انجام می‌شود. در جهت عملیاتی و کاربردی‌تر کردن بیشتر ارزیابی، دو شاخص هارمونیکی جدید و همچنین نحوۀ جدید بیان اعوجاج هارمونیک کل جریان پیشنهاد می‌شود. با توجه‌ به اینکه می‌توان فرض کرد هر دسته از بارها هارمونیک‌های مشابهی به شبکه تزریق می‌کنند، تحلیل و بررسی نتایج حاصل از اندازه‌گیری برای هر نوع بار، رفتار هارمونیکی هر نوع بار را در شبکۀ توزیع برق تا حدود زیادی نشان می‌دهد که در توسعه و بارگذاری پست‌های توزیع بسیار مفید است. با توجه‌ به نتایج، میزان اعوجاج هارمونیکی جریان به‌ترتیب از زیاد به کم به‌صورت اداری، تجاری، خانگی و ترکیبی دسته‌بندی می‌شود. بر این ‌اساس می‌توان محدودۀ ضریب هارمونیک K را برای بارهای ترکیبی حدود 3، خانگی حدود 5/3، تجاری حدود 5 و اداری حدود 11 در نظر گرفت. نتایج شبیه‌سازی به‌کمک نرم‌افزار MATLAB نشان می‌دهد که با جبران‌سازی هارمونیک مرتبۀ سوم می‌توان میزان اعوجاج هارمونیکی را برای بارهای اداری، خانگی و ترکیبی تا 40 درصد و برای بار تجاری تا 30 درصد بهبود بخشید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ansari, M.R., Mousavi Ghahfarokhi, M.S., and Safaee, S., "Power quality improvement in a steel plant by an optimized shunt active power filter based on developed p-q theory", Energy Engineering and Management, Vol. 11, No. 3, pp. 78-91, 2021, (In Persian), https://doi.org/10.22052/11.3.3.
[2] Rohouma, W., and Balog, R.S., "D-STATCOM for harmonic mitigation in low voltage distribution network with high penetration of nonlinear loads", Renewable Energy, Vol.145, pp. 1449–64, 2020, https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.05.134.
[3] Afkar, H., Shamsinejad, M.A., and Ebadian, M., "A grid-tie PV inverter with the ability to improve power quality under unbalanced and distorted source voltage conditions", Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol. 41, No. 7, pp. 622-634, 2018, https://doi.org/10.1080/02533839.2018.1530951.
[4] Peronnet, J., Electrical installation guide, Schneider Electric, 2018.
[5] Mohammadi, H.R., and Hajiakbari Fini M., "A novel control strategy for shunt active power filter in three-phase four-wire system to compensate harmonics, unbalance and reactive power", Energy Engineering and Management, Vol. 4, No. 2, pp. 2-9, 2014, (In Persian).
[6] Kalair A., Abas N., Kalair A.R., Saleem Z., and Khan N., "Review of harmonic analysis, modeling and mitigation techniques", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 78, pp. 1152-1187, 2017, https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.121.
[7] Martin, A.D., Herrera, R.S., Vazquez, J.R., Crolla P., and Burt G.M., "Unbalance and harmonic distortion assessment in an experimental distribution network", Electric Power Systems Research, Vol. 127, pp. 271-279, 2015, https://doi.org/10.1016/j.epsr.2015.06.005.
[8] Eslami, A., Negnevitsky, M., Franklin, E., and Lyden, S., "Review of AI applications in harmonic analysis in power systems", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 154, pp. 111897, 2022, https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111897.
[9] Li, D., Wang, T., Pan, W., Ding, X., and Gong, J., "A comprehensive review of improving power quality using active power filters", Electric Power Systems Research, Vol. 199, pp.107389, 2021, https://doi.org/10.1016/j.epsr.2021.107389.
[10] Chammam, A., and Mrabet, B., "Experimental Quantification of Current Harmonics Injected by Compact Fluorescent Lamps Towards the Electrical Distribution Network", 15th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), Yasmine Hammamet, Tunisia, 19-22 March, 2018, https://doi.org/10.1109/SSD.2018.8570544.
[11] Halpin, M., IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems. IEEE Std 519, 2014.
[12] Fonseca Buzo, R., de Oliveira, L., and Leão, F.B., "A new method for dimensioning and designing the zero-sequence electromagnetic filter considering system displacement power factor", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 35, No. 3, pp. 1071-1082, 2020, https://doi.org/10.1109/TPWRD.2019.2898153.
[13] Rodríguez-Pajarón, P., Hernández, A., and Milanović, J.V., "Estimation of harmonics in partly monitored residential distribution networks with unknown parameters and topology", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 13, No. 4, pp. 3014-3027, July 2022, https://doi.org/10.1109/TSG.2022.3155976.
[14] Mazumdar, J., Harley, R.G., Lambert, F.C., Venayagamoorthy, G. K., and Page, M.L., "Intelligent tool for determining the true harmoniccurrent contribution of a customer in a power distribution network", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 44, No. 5, pp. 1477-1485, Sept.-Oct. 2008, https://doi.org/10.1109/IAS.2006.256597.
[15] Xiao, X., Li Z., Wang, Y., and Zhou, Y., "A practical approach to estimate harmonic distortions in residential distribution system", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 36, No. 3, pp. 1418-1427, June 2021, https://doi.org/10.1109/TPWRD.2020.3008700.
[16] Wang, Y., Yong, J., Sun, Y., Xu, W., and Wong, D., "Characteristics of harmonic distortions in residential distribution systems", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 32, No. 3, pp. 1495-1504, June 2017, https://doi.org/10.1109/TPWRD.2016.2606431.
[17] D'Antona, G., Muscas, C., Pegoraro, P.A., and Sulis, S., "Harmonic source estimation in distribution systems", IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 60, No. 10, pp. 3351-3359, Oct. 2011, https://doi.org/10.1109/TIM.2011.2126910.
[18] Abdelrahman, S., and Milanović, J.V., "Practical approaches to assessment of harmonics along radial distribution feeders", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 34, No. 3, pp. 1184-1192, June 2019, https://doi.org/10.1109/TPWRD.2019.2901245.
[19] Nazari, S., Esmaeili, S., and Karimzadeh, F., "Detection and classification of single and multiple power quality disturbances based on independent component analysis", Tabriz Journal of Electrical Engineering, Vol. 48, No. 1, pp. 382-392, 2018, (In Persian).
[20] Fernandez, F., and Nair, P., "Method for separation of customer and utility contributions of harmonics at point of common coupling", IET Generation, Transmission & Distribution, Vol. 7, No. 4, pp. 374-381, 2013, https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2012.0361.
[21] South Khorasan Power Distribution Company (SKEDC), "Statistical brochure of 1401",  South Khorasan Power Distribution Company (SKEDC), 2022. [Online]. Available:https://skedc.ir/uploads/amar/borooshor1401%2006%20%2031.jpg.
[22] Das, J.C., Power System Harmonics in Power System Harmonics and Passive Filter Designs. IEEE, 2015.
[23] Zaveri, T., Bhalja, B.R., and Zaveri, N., "Comparison of control strategies for DSTATCOM in three-phase, four-wire distribution system for power quality improvement under various source voltage and load conditions", Electrical Power and Energy Systems, Vol. 43, pp. 582–594, 2012, https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.06.04.