تحلیل داده‌های اندازه‌گیری هارمونیک و بهبود کیفیت توان الکتریکی

چکیده

مسائل هارمونیکی در شبکه‌های توزیع برق معمولاً با یک رویکرد جامع که شامل بازدیدهای میدانی، اندازه‌گیری‌های دقیق و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری است، قابل شناسایی و حل هستند.

مقدمه

این مطالعه موردی به تحلیل داده‌های هارمونیک یک ایستگاه برق ۱۲.۴۷ کیلوولتی در یک بازه زمانی دو هفته‌ای می‌پردازد.

دوره انجام اندازه‌گیری‌ها از ۱۷ مه ۲۰۰۹ تا ۱ ژوئن ۲۰۰۹ بود. برای ثبت هارمونیک‌ها از دستگاه کیفیت توان سری Dranetz-BMI Encore TM استفاده شد. این دستگاه، ولتاژ را در ۲۵۶ نقطه و جریان را در ۱۲۸ نقطه در هر سیکل نمونه‌برداری می‌کند و از روش IEC ۶۱۰۰۰-۴-۳ برای شناسایی داده‌های هارمونیک پیروی می‌کند. فرآیند کار شامل تحلیل نمونه‌های ۲۰۰ میلی‌ثانیه‌ای متوالی و ذخیره داده‌های حداقلی، متوسط و حداکثری در بازه‌های ۱۰ دقیقه‌ای بود. اندازه‌گیری و تحلیل‌های آماری با استفاده از نرم‌افزار PQView® (www.pqview.com) انجام گرفت.

نتایج اندازه‌گیری

در شکل ۱، روند ولتاژ مؤثر (RMS) اندازه‌گیری‌شده در ایستگاه برق ۱۲.۴۷ کیلوولت در طول این دو هفته نشان داده شده است. بانک‌های خازنی نصب‌شده روی پایه‌ها به‌صورت روزانه از طریق تایمرهای کنترلی روشن و خاموش می‌شوند تا ولتاژ تا حد امکان ثابت نگه داشته شود. تحلیل آماری این داده‌ها، حداقل ولتاژ مؤثر را ۱۲.۲۷ کیلوولت، ولتاژ متوسط را ۱۳.۰۲ کیلوولت و حداکثر آن را ۱۳.۵۶ کیلوولت نشان داد. همچنین مقدار CP95 برابر ۱۳.۳۹ کیلوولت بود. (CP95 به مقداری اشاره دارد که ۹۵٪ اندازه‌گیری‌ها کمتر از آن هستند).

شکل ۱ – روند ولتاژ اندازه‌گیری‌شده در ایستگاه برق

شکل ۲، روند و نمودار هیستوگرام اعوجاج ولتاژ اندازه‌گیری‌شده را در همان بازه زمانی دو هفته‌ای نشان می‌دهد. تحلیل آماری داده‌ها، حداقل اعوجاج را ۱.۱۳٪، اعوجاج متوسط را ۱.۷۳٪ و حداکثر اعوجاج را ۲.۸۳٪ برآورد کرد. مقدار CP95 برابر ۲.۳۰٪ بود.

شکل ۲ – روند و هیستوگرام اعوجاج ولتاژ اندازه‌گیری‌شده

شکل ۳، روند جریان مؤثر (RMS) را نشان می‌دهد. تحلیل آماری مشخص کرد که جریان پایه در بازه ۳۷۸ آمپر (حداقل) تا ۱۱۶۵ آمپر (حداکثر) با متوسط ۶۹۰ آمپر متغیر بوده است. مقدار CP95 جریان برابر ۱۰۱۴ آمپر بود.

شکل ۳ – روند جریان اندازه‌گیری‌شده در ایستگاه برق

در شکل ۴، روند اعوجاج جریان آورده شده است. طبق تحلیل آماری، اعوجاج جریان از حداقل ۴.۳۹٪ تا حداکثر ۱۴.۲۴٪ با متوسط ۷.۸۹٪ متغیر بود و مقدار CP95 آن ۱۱.۷۳٪ ثبت شد.

شکل ۴ – روند اعوجاج جریان اندازه‌گیری‌شده

شکل ۵ خلاصه‌ای آماری از اعوجاج کل هارمونیک ولتاژ (THD) و سهم هارمونیک‌های فردی را ارائه می‌دهد. تحلیل‌ها نشان داد هارمونیک‌های غالب در ولتاژ ایستگاه، هارمونیک‌های ۳، ۵، ۷ و ۹ هستند. تمامی مقادیر اندازه‌گیری‌شده پایین‌تر از حدود تعیین‌شده در استاندارد IEEE Std. ۵۱۹ برای ولتاژ بودند (حداکثر ۵٪ برای THD و ۳٪ برای هر هارمونیک فردی).

شکل ۵ – خلاصه آماری اعوجاج ولتاژ و هارمونیک‌ها

شکل ۶ نیز خلاصه آماری از اعوجاج کل هارمونیک جریان و سهم هارمونیک‌های فردی را نشان می‌دهد. جریان مبنای محاسبات این بخش ۱۰۸۲ آمپر بود.

شکل ۶ – خلاصه آماری اعوجاج جریان و هارمونیک‌ها

شکل ۷، نمونه‌ای از شکل موج جریان هارمونیک را که از داده‌های طیفی اندازه‌گیری‌شده و با استفاده از تبدیل فوریه معکوس (DFT) با ۲۵۶ نقطه در هر سیکل محاسبه شده است، به تصویر می‌کشد. مقدار جریان فرکانس پایه ۴۶۹ آمپر، مقدار مؤثر جریان ۴۷۲ آمپر و میزان اعوجاج جریان ۱۱.۸٪ بود.

شکل ۷ – شکل موج جریان محاسبه‌شده از ایستگاه برق

خلاصه

این مطالعه موردی، تحلیلی بر روی داده‌های هارمونیک یک ایستگاه برق ۱۲.۴۷ کیلوولتی در یک بازه دو هفته‌ای ارائه داد. تحلیل شامل بررسی روند ولتاژ و جریان مؤثر و همچنین خلاصه‌های آماری مقادیر اعوجاج بود. نتایج تحلیل نشان داد که سطوح اعوجاج هارمونیکی در این مکان، از حدود مجاز استاندارد IEEE Std. ۵۱۹ برای ولتاژ پایین‌تر بوده‌اند.

مراجع

1. هارمونیک‌های سیستم قدرت، دوره آموزشی IEEE، ۸۴ EH0221-۲-PWR، ۱۹۸۴.
2. عملکرد توصیه‌شده IEEE برای نظارت بر کیفیت برق الکتریکی، IEEE Std. ۱۱۵۹-۱۹۹۵، IEEE، اکتبر ۱۹۹۵، ISBN: ۱-۵۵۹۳۷-۵۴۹-۳.
3. عملکردها و الزامات توصیه‌شده IEEE برای کنترل هارمونیک در سیستم‌های برق الکتریکی، IEEE Std. ۵۱۹-۱۹۹۲، IEEE، ISBN: ۱-۵۵۹۳-۷۲۳۹-۷.

استانداردهای مرتبط

• IEEE Std. 519-1992
• IEEE Std. 1159-1995

فرهنگ لغت و اختصارات

• ASD: درایو با سرعت قابل تنظیم
• CF: ضریب اوج
• DPF: ضریب قدرت جابجایی
• PF: ضریب قدرت
• PWM: مدولاسیون عرض پالس
• THD: اعوجاج هارمونیک کل
• TPF: ضریب قدرت واقعی

پرسش‌های متداول

تحلیل کیفیت توان چیست؟

تحلیل کیفیت توان به بررسی و ارزیابی پارامترهای مختلف کیفیت برق، مانند اعوجاج هارمونیک، می‌پردازد.

چگونه می‌توان کیفیت توان را بهبود بخشید؟

استفاده از فیلترهای هارمونیک، تنظیم و بهینه‌سازی تجهیزات و سیستم‌های قدرت می‌تواند به بهبود کیفیت توان کمک کند.

آنالیزور کیفیت توان چه نقشی دارد؟

آنالیزور کیفیت توان ابزاری است که به اندازه‌گیری و بررسی پارامترهای کیفیت برق کمک می‌کند و اطلاعات دقیقی از وضعیت کیفیت توان ارائه می‌دهد.

چرا کنترل هارمونیک در سیستم‌های برق ضروری است؟

کنترل هارمونیک به جلوگیری از آسیب و تداخلات در تجهیزات الکتریکی و حفظ ایمنی در سیستم‌های برق کمک می‌کند.

منبع: powerquality.blog