Modeling the Effect of Total Harmonic Distortion on Power Quality of Supply Case Study- Hisham Hijjawi College of Technology)

Loading...
Thumbnail Image
Date
2015
Authors
Abdellatif Fawaz Yadak
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
This research analyzed the impacts of total harmonic distortion on the power quality in the College. The College fed by 6.6KV line from Northern Electrical Distribution Company 'NEDCO'. It purchases the electricity bill at the low voltage side, the rate is “0.7"NIS for each kWh consumed, the college transformer capacity 1000KVA and, the college using one diesel generator with 130 KVA as standby supply, and The power factor in the College changing from 0.83 to 0.94 . The objective of this research is to estimate the impacts of the THD on the electrical including ,cable losses, transformer losses, the effect of THD on the power factor, how we can reduce THD, environmental impact of low power quality in the College, and to find answers to the main question ‘why do we have harmonic distortion in the College?’. Total harmonic current distortion THDi changes during the day from (8%-24%).we can note that the worst case of the THDi occurs in the night due to discharging lamps, which act as a non-linear load. The electrical energy saving will be around 74 kWh/year by improving the power factor from 0.89 to 0.98 through installing variable capacitor bank with capacity QC=25KVAR. The electrical energy losses due to THDi increase the electrical energy losses in the transformer by 41KWh/year, and also increase the electrical energy losses in cable by 68KWh / year. From other side the low load factor of the transformer in the college increased the electrical losses of the transformer by 7230KWh/year, as its effects on energy efficiency. Through the analysis of THD we found that the useful capacity of the transformer in the college decreases from 1000KVA to 887KVA due to harmonic losses. The low load factor of the transformer in the college, affecting on the level of the THDi, we also found out that when the load factor of the transformer in the college changes from (10% - 100%) the THDi decrease from (15%-5%). We used MATLAB/SIMULINK to show the impacts of the THD on the power factor as well as to reduce the THD using "Passive Filter, Shunt Active Filter, and Pulse Width Modulation "PWM". By using, Pulse Width Modulation "PWM" we noted that the THDi decreases (26%-3.7%) when the carrier frequency increases from (50-2000Hz), also we found out that THDi’s decreases from (185%-4%) when the modulation index increases from (0.1-0.9) and a passive filter the THDi reduces from (30%-3.6%), and shunt active filter which reduce THDi from (21%-2.8%). The electrical energy losses due to low power quality lead to more coal combustion, which in turn leads to increase environmental impacts. We found out that the electrical energy saving is 7900KWh/year when improving low power quality in the College which in turn saves 4.3 tons of coal per year, and 7.5 tons of carbon dioxide per year.
تعتبر الكهرباء عصب الصناعة الحديثة فهي تزود المصانع والمعامل والمنشآت العامة، كالمستشفيات والمستوصفات والجامعات والمؤسسات والشركات المختلفة بالطاقة الكهربائية . إن أسواق الكهرباء تتطلب أن يكون أداء شبكات الكهرباء بأقصى جودة و كفاءة فنية و اقتصادية ممكنة. مع تزايد استخدام المعدات والأجهزة فى الشبكات الكهرباية، ومع تعدد واختلاف المستهلكين, واللذين يتم تغذيتهم من شبكة توزيع كهرباء معقدة يتسبب ذلك كله في حدوث اضطرابات في الطاقة الكهربائية وتكون النتيجة فى النهاية إختلال عمليات التشغيل للمعدات أو انقطاع الكهرباء أو انهيار بعض المعدات. الهدف الرئيسي من هذا البحث هو تقدير تأثير التشوه في الموجات الكهربائية على خسائر الكابلات الكهربائية والمحولات ,كذلك على عامل القدرة ، وكذلك على العمر التشغيلي للمعدات الكهربائية. هذا البحث يحقق في تأثير التشوه التوافقي في الموجات الكهربائية على نوعية وجودة الطاقة الكهربائية في فلسطين وتم اخذ كلية هشام حجاوي التكنولوجية كدراسة حالة وجدنا أن مقدار التشوه في موجة التيار يساوي 11.7% من الموجة الاصلية وهذه القيمة هي في المعدل, لان القيمة تتغير خلال اليوم من(8%-22 %) واما بالنسبة للتشوه الموجود في موجة الفولطية فتساوي 3% من الموجة الاصلية. ونحن وجدنا أنه في الليل لدينا قيمة عالية من التشوه (23%) في الموجات, لأن معظم الاحمال هي عبارة عن مصابيح التفريغ التي تتميز بتدني معامل القدرة(0.83) ومساهمتها في تشوه الموجات بشكل. وجدنا أنه في حالة رفع معامل القدرة في كلية هشام حجاوي هذا سيوفر طاقة كهربائية بمعدل 122كيلو واط ساعة في السنة . رأينا كيف أن معامل القدرة المنخفض تؤثر على قيمة التشوه في الموجات ، فكلما انخفض معامل القدرة زاد التشوه في الموجات الكهربائية. وجدنا ان التشوه الموجود في الموجات الكهرباية في كلية هشام حجاوي يساهم بخسائر في المحولات الكهربائية وفي الكابلات. في المحولات بمقدار 74كيلو واط ساعة في السنة. وفي الكابلات بمقدار 68كيلوا واط ساعة في السنة. معامل الحمولة المنخفض للمحول في كلية هشام حجاوي تؤثر على خسائر الكهربائية للمحول ,لأن عامل الحمل منخفض يعني انخفاض الكفاءة، حيث أن الفاقد من الطاقة الكهربائية بسبب انخفاض عامل الحمولة للمحول يساوي 7230كيلو واط ساعة في السنة. وجدنا أن التشوه الموجود في الموجات في كلية هشام خجاوي تؤثر على السعة الفعالة للمحول حيث تقلل من سعته الفعالة بمقدار 113 كيلو فولت امبير . استخدمنا برنامج الماتلاب/ السيميولينك لرؤية تأثير التشوه الموجود في الموجات الكهربائية على معامل القدرة, وكذلك اثر استخدام الفلاتر في تقليل قيمة التشوه في الموجات الكهربائية. و من هذه الطرق "فلتر السلبي، هجين من فلتر سلبي و نشط، فلتر نشط، وطريقة النبض وتعديل العرض" التي تقلل التشوه بشكل كبير جدا. الفاقد من الطاقة الكهربائية بسبب انخفاض نوعية الطاقة تزيد من التأثير السلبي على البيئة، لأن خسائر إضافية تعني المزيد من احتراق الفحم في محطة توليد الكهرباء مما يزيد من انبعاث الملوثات. وجدنا أن توفير الطاقة الكهربائية من خلال تحسين جودة الطاقة في كلية هشام حجاوي يساوي 7900 كيلو واط ساعة في السنة سيوفر 4.3 طن من الفحم سنويا، 7.5 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويا وبالتالي الحد من ظاهرة الانحباس الحراري والامراض الناتجة عن الغازات المنبعثة من محطات توليد الطاقة الكهربائية .
Description
Keywords
Citation