Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Moallem
مهدی معلم (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fateme Zare
فاطمه زارع

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
Increment of using nonlinear loads in power grids has cause to intensify harmonics in these systems. The dispersion of loads with high distortion rates can cause different issues in low voltage grids. For instance, the amplitude of third-order harmonics is more than 80 percent in LED lamps. As well as these kinds of lamps, the other loads in the distribution system such as low-power lamps, TVs, monitors, printers and so forth also have high percentage of harmonic currents. Harmonics in power grids can damage other loads and grid equipment and also increase energy losses in network. For example, they affect transformers, motors, cables, measurement, protection devices and so forth . Harmonic Distortion also lead to their improper performance and reduce their lifespan besides increasing losses. In addition, they occupy the capacity of transmission lines and transformers and subsequently increase need for investment in power systems. The domain of current harmonics in the distribution system is third-order harmonic which mostly exhibits common electrical angle on all three phases. Thus, this frequency component from the three-phases will be added up and flow through the neutral wire of transformers. Therefore, the amplitude of neutral wire current is often high in these transformers. In some measurements, the amplitude of neutral wire current is higher than three phases current. Based on mentioned points, it is necessary to consider proper solutions to reduce negative effects of this issue. In this thesis, after studying the effects of harmonics on different equipments of power grid, such as transformers, induction motors, capacitor banks, and etc. different methods for designing various passive filters such as high-pass filters and C type filters will be investigated. Forthermore, international standards on designing passive filters, especially selection methods of their components will be reviewed.Thence, anumber of common loads and their harmonics in power grids will be analyzed. In addition, voltage and current harmonics in distribution transformers will be studied in order to investigate the overall behavior of loads. One of the most common methods for compensating current harmonics is designing of passive filters, however, using these kinds of filters in low-voltage grids have some challenges. In the following section, the challenges of designing these filters will be reviewed and some practical solutions will be presented. Afterward, the effects of mentioned solutions on frequency response of passive filters will be discussed. Then, a brief review of utilizing the earth transformer as one of the third-order harmonic current reduction methods will be considered and possible changes on frequency response curve will be studied. At the end, designing and manufacturing of a harmonic filter by focusing on compensating current harmonics will be discussed. Key Words: Current Harmonics, Distribution System, Grounding Transformer, Passive Filter, Power quality, Zero sequense
گسترش روزافزون بارهای غیر خطی در شبکه قدرت منجر به افزایش درصد هارمونیک‌ها در این سیستم گردیده است. در شبکه فشار ضعیف به دلیل پراکندگی بارهای مختلف و وجود بارهایی با درصد اعوجاج زیاد، این هارمونیک‌ها می‌توانند مشکل‌زا باشند. برای نمونه در لامپ‌های LED دامنه هارمونیک مرتبه سوم بیش از 80 درصد است. سایر بارهای رایج در سیستم توزیع نظیر لامپ‌های کم‌مصرف، تلویزیون‌های رنگی، مانیتورها، پرینتر و غیره نیز دارای درصد زیادی جریان هارمونیکی هستند. هارمونیک‌های موجود در شبکه می‌توانند منجر به آسیب رسانی به سایر بارها، اجزای شبکه و هم‌چنین تلفات انرژی گردند. برای نمونه می‌توانند ترانسفورماتورها، موتورها، کابل‌ها، تجهیزات اندازه‌گیری، تجهیزات حفاظتی و دیگر تجهیزات را تحت تاثیر قرار داده و علاوه بر افزایش تلفات منجر به عملکرد ناصحیح و کاهش طول عمر آن‌ها گردند. علاوه بر این با اشغال ظرفیت خطوط انتقال، ترانسفورمرها و سایر اجزای شبکه، نیاز به سرمایه گذاری در سیستم قدرت را افزایش می‌دهند. درصد زیادی از هارمونیک‌های جریان موجود در سیستم توزیع را، هارمونیک مرتبه سوم تشکیل می‌دهد. از آن‌جا که بخش عمده‌ی این مولفه هارمونیکی در سه‌فاز دارای زاویه یکسان می‌باشد، جریان‌های سه‌فاز این مولفه فرکانسی با هم جمع شده و مجموع آن‌ها از سیم نول ترانسفورمر توزیع عبور خواهد کرد. از این رو در ترانسفورمرهای ذکر شده اغلب دامنه جریان سیم نول بسیار بالاست. به گونه‌ای که در برخی اندازه‌گیری‌ها دامنه جریان سیم نول بیش از دامنه فازها گزارش شده است. با توجه به موارد ذکر شده، لازم است جهت کاهش آسیب رسانی این پدیده در شبکه، اقدامات لازم صورت گیرد . در این پایان نامه پس از بررسی تاثیرات هارمونیک‌ها بر اجزای مختلف شبکه نظیر ترانسفورمر، موتور القایی و بانک‌های خازنی، روش‌های طراحی انواع فیلترهای پسیو نظیر فیلترهای بالاگذر، فیلترهای نوع C و ... بررسی خواهد شد. پس از آن استانداردهای بین‌المللی پیرامون طراحی فیلترهای پسیو و انتخاب اجزای آن بررسی خواهد شد. پس از آن به بررسی برخی از بارهای موسوم در شبکه پرداخته خواهد شد، سپس درصد و فرکانس هارمونیک‌های آن بررسی می‌گردد. علاوه بر این به منظور بررسی رفتار جمعی بارها، هارمونیک‌های ولتاژ و جریان در چند ترانسفورمر توزیع به صورت نمونه بررسی خواهد شد. طراحی فیلترهای پسیو در شبکه از جمله روش‌های مرسوم جبران هارمونیک‌های جریان است. لیکن استفاده از این فیلترها در شبکه فشار ضعیف با چالش‌هایی روبه‌رو است. از این رو در ادامه رساله پس از بررسی چالش‌های طراحی این فیلترها، راهکارهایی جهت استفاده از آن بیان شده و سپس به تاثیر راهکارهای ارائه شده بر منحنی پاسخ فرکانسی فیلترهای پسیو پرداخته خواهد شد. هم‌چنین مرور مختصری بر نحوه عملکرد ترانسفومر زمین به عنوان یکی از روش‌های کاهش جریان هارمونیک مرتبه سوم صورت گرفته و نحوه ایجاد تغییر در منحنی پاسخ فرکانسی آن بررسی خواهد شد. سپس به طراحی و ساخت یک نمونه عملی فیلتر جهت جبران هارمونیک‌های جریان و محدود نمودن آن در محدوده استاندارد پرداخته خواهد شد. کلمات کلیدی: 1- ترانسفورمر زمین، 2- توالی صفر، 3- سیستم توزیع، 4- فیلتر پسیو، 5- کیفیت توان، 6- هارمونیک‌های جریان.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی