Unbalanced Network Harmonic Analysis

Unbalanced Network Harmonic Analysis

Unsymmetrische Netzoberwellenanalyse

Die hohe Nachfrage nach Elektrofahrzeugen, dezentraler Energieerzeugung und Wechselrichter-basierter Ressourcenintegration an der aktuellen Stromnetzinfrastruktur macht eine Analyse der unsymmetrischen Netzoberwellen erforderlich. Beim einphasigen Laden von Fahrzeugen und bei der Spannungs- und Stromregelung mit positiver und negativer Sequenz von Wechselrichtern ist die Auswertung des Oberschwingungsgehalts auf Phasenbasis erforderlich. 

Das ETAP-Modul „Unsymmetrische Oberschwingungsanalyse“ führt harmonische Lastfluss- und Frequenzscananalysen an unsymmetrischen Netzwerken mit symmetrischen und unsymmetrischen Strom-/Spannungsoberschwingungsquellen im Netzwerk durch.

Konforme Oberwellenstandards:

  • IEEE 519-2014 und IEEE 519-2022
  • IEC 61000-3-6
  • ANSI/IEEE 399
  • IEEE 3002.8-2018

Key Features

  • Harmonische Lastflussanalyse in unsymmetrischen Netzen.
  • Harmonische Lastflussanalyse mit einphasigen Lasten.
  • Modellierung symmetrischer und unsymmetrischer harmonischer Strom- und Spannungsquellenbibliotheken.
  • Grafische einzeilige Anzeige der harmonischen Ergebnisse pro Phase und Sequenz.
  • Regelwerke für Spannungs- und Stromverzerrungsgrenzwerte basierend auf verschiedenen verfügbaren Standards.
  • Warnungen pro Phase bei Oberwellengrenzwertverletzungen.
  • Enthält Phasenschiebertransformatoren.
  • Strominjektionsverfahren.
  • Auswertung der gesamten harmonischen Spannung und Stromverzerrung in Phasen- und Sequenznetzwerken.
  • Wellenformdiagramme im Zeitbereich.
  • Diagramme des harmonischen Spektrums im Frequenzbereich.
  • Diagramme des harmonischen Spannungs- und Stromspektrums pro Phase.
  • Vergleich mehrerer Plotdatenbanken in einem einzigen Fenster mit dem Tool „Plot Analyzer“™
  • IEEE 519 definierte harmonische Indizes.
  • Skin-Effekt-Modelle für Motoren, Transformatoren und Zweigelemente.
  • Kurzleitungs- und Langleitungsmodellierung für Kabel und Übertragungsleitungen.

Eine unsymmetrische Netzoberwellenanalyse kann an Phasen- und Sequenznetzen durchgeführt werden. Das Modul berücksichtigt einphasige Lasten und auch die Lasten auf der Sekundärseite von Transformatoren mit Mittelanzapfung. 

Dieses Modul ermöglicht die Modellierung von Harmonischenbibliotheken unsymmetrischer Strom- und Spannungsquellen und deren Verwendung als Harmonischenquellen in der Netzwerk-Oberschwingungsanalyse. 

Eine Minderung der harmonischen Verzerrung kann durch die Verwendung eines aktiven Oberschwingungsfilters erreicht werden. Zur Beobachtung der Oberschwingungsdämpfung können Frequenz- und Zeitbereichssimulationen durchgeführt werden.

Harmonischer Frequenzscan in UBHA

Der Harmonic Frequency Scan im UBHA-Modul berechnet und stellt die Größen und Phasenwinkel der Bus-Antriebspunktimpedanz über einen benutzerdefinierten Frequenzbereich sowohl für Phasen- als auch für Sequenznetzwerke dar. Ziel dieser Studie ist es, alle parallelen Resonanzbedingungen zu ermitteln. Die vorhergesagte Resonanzfrequenz wird in Warnungen und Diagrammen angezeigt.

Mithilfe der Diagrammansicht und der Diagrammanalysetools können Frequenzscandiagramme, die Ergebnisse zur Selbstimpedanz und zur gegenseitigen Impedanz enthalten, für Phasen- und Sequenznetzwerke generiert werden.

 

Hauptmerkmale

  • Frequenzscan-Studie zu Phasen- und Sequenznetzwerken.
  • Anzeige der Ergebnisse der Phasen- und Sequenzimpedanz in Frequenzscan-Diagrammen
  • Identifizierung des Resonanzzustands.
  • Vom Benutzer definierbarer Scanbereich und Schritt für die harmonische Frequenz.
  • Schieberegler zur Anzeige der Impedanzgröße und des Phasenwinkels des Bustreiberpunkts bei ausgewählten Frequenzen.

Aktiver Oberwellenfilter

Der aktive Oberwellenfilter synthetisiert eine Stromwellenform und speist sie in das Stromnetz ein, um durch nichtlineare Lasten verursachte Oberwellenströme zu kompensieren. Durch die Einspeisung des synthetisierten Stroms werden Oberwellenströme im Netz gemildert, sodass ein sauberer Strom zurück zum Versorgungsnetz fließen kann. Dadurch werden die Spannungsverzerrung und Erwärmungseffekte durch Oberschwingungsströme verringert und die Netzzuverlässigkeit verbessert.

Zur Modellierung stehen generische und AccuSine Active-Harmonische Filtermodelle zur Verfügung. Es können sowohl Frequenz- als auch Zeitbereichssimulationen durchgeführt werden, um die harmonische Dämpfung in den AccuSine-Filtermodellen zu beobachten.

Hauptmerkmale

  • Generisches AHF-Modell zur Harmonischenminderung mit Harmonischenordnungspriorität und Zielgrenzen.
  • Modelle mit aktivem Oberwellenfilter: SE PCSn und SE PCS
  • Minderung harmonischer Verzerrungen basierend auf einer vordefinierten Logik zur Priorisierung bestimmter harmonischer Ordnungen.
  • Frequenz- und Zeitbereichssimulationen.
  • Benutzerdefinierbare Schritt- und Simulationszeit in Zyklen.

Videos

How Unbalanced Harmonics from EV Charging Stations Impact Supply & Distribution Equipment

The escalating demand for fleet electrification across the U.S. presents a significant challenge to existing distribution infrastructure, necessitating EV charging management strategies to meet electrical energy demands and address power quality issues. Level 2 and Level 3 EV chargers, equipped with power electronic converters and PWM technology, generate non-sinusoidal currents, exacerbating power quality concerns at individual sites. The effect of rapid voltage changes (RVC) introduced by this equipment is also discussed. This case study features insights and observations from field-recorded measurements of unbalanced (per-phase) harmonic distortions at a site with over 300 electric van charging stations. The unbalanced harmonic analysis (UBHA) conducted by Eradeh Power Consulting using ETAP Software for the site, revealed distortion limits being exceeded for individual phase currents and voltages as well as power distribution equipment rating overloads (such as transformer K-rating and cable thermal limits). The presentation also discusses how unbalanced harmonic distortions calculated within the site and at the point of common coupling (PCC) can be mitigated using techniques such as the use of active / passive harmonic filters amongst others. 

Unbalanced Network Harmonic Analysis: Power System Infrastructure Challenges & Active Filter Technology

The integration of electric vehicles (EVs), PV systems, battery energy storage systems (BESS), and more has presented us with exciting opportunities and challenges. One such challenge is the need for unbalanced network harmonic analysis, especially when dealing with single-phase charging vehicles and inverter controls.

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