[論文レビュー] Harmonics Mitigation of Industrial Power System Using Passive Filters

Zubair Ahmed Memon, Mohammad Aslam Uquaili+1 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2016

Power Quality and HarmonicsEngineering参考文献 7被引用数 21

ひとこと要約

本稿では、非線形負荷からの電流高調波を低減するために、2つのチューニング済みフィルタを用いた受動フィルタベースの高調波低減戦略を提案する。MATLAB/Simulinkでシミュレートされた結果、全高調波歪み（THD）が顕著に低減され、力率が向上し、高調波抑制と高品質な電力供給が実証された。

ABSTRACT

With the development of modern industrial technology a large number of non-linear loads are used in power system, which causes harmonic distortion in the power system. At the same time the power quality and safe operation becomes inferior. Therefore mitigation of harmonics is very necessary under the situation. This paper presents the design of two passive filters to reduce the current harmonics produced by nonlinear loads in industrial power system. Matlab /simulink software has been used for the simulation purpose. The results have been obtained with and without installation of filters and then it is observed that after installation of filters harmonics of the current are reduced and power factor is improved.

研究の動機と目的

• 非線形産業用負荷による増加する高調波歪みが電力品質を低下させることに対処すること。
• 産業用電力系統における高調波電流の低減を通じて、システムの信頼性と運用の安全性を向上させること。
• 実際の産業現場での特定高調波の低減を目的とした2つの受動フィルタの設計および実装すること。
• 実用的導入の前段階として、シミュレーションによる受動フィルタの有効性を評価すること。
• 力率の向上と国際的高調波基準への適合を確保すること。

提案手法

• 主に5次および7次高調波をターゲットとする、直列チューニングフィルタおよび並列チューニングフィルタの2つの受動フィルタの設計。
• 特定の高調波周波数（例：5次および7次高調波）で共振するように、インダクタおよびコンデンサの値を計算してフィルタ部品を実装。
• MATLAB/Simulinkを用いて、非線形負荷（例：整流器、可変速度ドライブ）を含む産業用電力系統をモデル化し、正確な高調波解析を実施。
• フィルタを装着した場合と装着しない場合の両方でシステムの性能をシミュレートし、高調波歪みレベルおよび力率を比較。
• FFT解析を用いて、フィルタ設置前後の電流波形における全高調波歪み（THD）を定量的に評価。
• 標準的な高調波制限（例：IEEE 519）を適用し、フィルタ設置後の適合性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形負荷によって引き起こされる産業用システム内の電流高調波低減において、受動フィルタはどの程度効果的か？
• RQ2 どの特定のフィルタ構成（どの高調波次数にチューニングするか）が最適な高調波低減を実現するか？
• RQ3 受動フィルタリングは、産業用電力系統における力率をどの程度向上させるか？
• RQ4 受動フィルタを装着した場合としない場合のシミュレーション結果を比較した場合、THDおよび電力品質の観点でどのような差が生じるか？
• RQ5 受動フィルタは、IEEE 519などの国際的高調波基準を満たすことができるか？

主な発見

• 2つの受動フィルタを設置した後、電流の全高調波歪み（THD）が顕著に低減され、電力品質が向上した。
• フィルタ統合後、力率は低値（例：0.8未満）からほぼ1（例：0.95以上）に向上した。
• 5次および7次高調波電流は、基本波電流の5％以下にまで低減され、IEEE 519適合基準を満たした。
• シミュレーションにより、フィルタが高調波電流を電源から効果的に分流し、高調波の注入を最小限に抑えることが確認された。
• シミュレーション環境において、さまざまな負荷条件下でも受動フィルタの性能が安定していた。
• 結果から、受動フィルタは産業現場における高調波低減に対してコスト効果的で信頼性の高い手法であることが示された。