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IEEE PES General Meeting, Tampa FL June 24-28, 2007 Conferência Brasileira de Qualidade de Energia Santos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007 Chapter 9 Case Studies Presenter: Paulo F Ribeiro Contributors: J. Wikston, E. Gunther, and M. Grady Tutorial on Harmonics Modeling and Simulation

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IEEE PES General Meeting, Tampa FLJune 24-28, 2007

Conferência Brasileira de Qualidade de EnergiaSantos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007

Chapter 9Case Studies

Chapter 9Case Studies

Presenter: Paulo F Ribeiro

Contributors: J. Wikston, E. Gunther, and M. Grady

Tutorial on Harmonics Modeling and Simulation

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Conferência Brasileira de Qualidade de EnergiaSantos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007

Case 1Case 1

Simulation of the potential harmonic impacts caused by DC motor drives of ski lifts in a

ski area

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Conferência Brasileira de Qualidade de EnergiaSantos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007

Single Line DiagramSingle Line Diagram

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ScenariosScenarios

• Scenario SKIA. No Corrections.

• Scenario SKIB. 30° phase shifting transformers added at Apollo and BigBoss ASDs.

• Scenario SKIC. Case SKIB, plus 1800 kVAr of filters.

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Conferência Brasileira de Qualidade de EnergiaSantos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007

SKIA, Voltage Waveform and Spectrum at Bus #1, Substation 12.5 kV (THDV = 12.2%) SKIA, Voltage Waveform and Spectrum at Bus #1, Substation 12.5 kV (THDV = 12.2%)

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Conferência Brasileira de Qualidade de EnergiaSantos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007

SKIB, Voltage Waveform and Spectrum at Bus #6, Base (THDV = 8.7%) SKIB, Voltage Waveform and Spectrum at Bus #6, Base (THDV = 8.7%)

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Conferência Brasileira de Qualidade de EnergiaSantos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007

SKIC, Voltage Waveform and Spectrum at Bus #6, Base (THDV = 2.7%) SKIC, Voltage Waveform and Spectrum at Bus #6, Base (THDV = 2.7%)

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Case 2Case 2

Harmonics and interharmonics, the filter design, and design verification measurements

associated with an industrial load

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IntroductionIntroduction

• The load and compensation

• Measurements

• Filter design

• Performance measurements

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Load and CompensationLoad and Compensation

• 6 pulse load

• Characteristic harmonic orders are n*p +/- 1

• Initial design 5th and 7th on MV bus

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Measurements - Voltage DistortionMeasurements - Voltage Distortion

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Measurements – 200 ms windowMeasurements – 200 ms window

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Measurements - InterharmonicsMeasurements - Interharmonics

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Filter DesignFilter Design

• Type of filter

• Location of filter

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Filter TypesFilter Types

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Filter LocationFilter Location

• Utility bus

• Secondary of customers step-down

• Fault level reduced to ½

• Utility bus impedance 100% variation

• Secondary of customer step-down 50%

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Performance MeasurementsPerformance Measurements

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Case 3Case 3

Analysis of harmonic impacts of variable frequency drives to the system

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SuperHarm model one-line diagramSuperHarm model one-line diagram

HARSRC A A1 B C1

F D D1

C

E

G D2

H

I D3

8 mi 266

300 A Reg

8 mi 2665.8 Ohms

0.1 mi 266

300 A Reg0.1 mi 2662 mi 266

4 mi 266

1 mi 266

1.5 MVA25kv/480vZ=4.5%

3 MVA25kv/4160v

Z=5.0%

1200kvar

2 x 1250hp, 1 400hp, 2 x 200kvar, 1 50kvar

2 750hp, 2 75kvar

3 MVA25kv/4160v

Z=5.0%

750 kVA4160v/480v

Z=5.0%

2 x 75hp, 2 x 25kvar, 2 x 60hp, 2 x 22.5kvar, 2 x 30hp asd, 2 x 10kvar Proposed750hp ASD

100kW 30kvar 150hp 20kvar 100hp

0.07 + j0.60 pu@ 25 kV 100 MVA

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Conferência Brasileira de Qualidade de EnergiaSantos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007

Predicted voltage waveform distortion without filters Predicted voltage waveform distortion without filters

Busses B and G

0 10 20 30 40-20000

-10000

0

10000

20000

Time (mS)

Volt

age

(V)

Max:Min:Avg:Abs:

RMS:CF :FF :

18972 -18972 12079.1 18972 13722.8 1.38252 1.13607

25 kV Bus B25 kV Bus G

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Conferência Brasileira de Qualidade de EnergiaSantos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007

Predicted voltage waveform distortion at Bus I with power factor correction capacitors Predicted voltage waveform distortion at Bus I with power factor correction capacitors

Bus I

0 10 20 30 40-400

-200

0

200

400

Time (mS)

Volt

age

(V)

Max:Min:Avg:Abs:

RMS:CF :FF :

372.491 -372.491 229.491 372.491 262.28 1.4202 1.14287