Chapter 9
Case Studies
Tutorial on Harmonics Modeling and Simulation
Presenter: Paulo F Ribeiro
Contributors: J. Wikston, E. Gunther, and M. Grady
IEEE PES General Meeting, Tampa FL
June 24-28, 2007
Conferência Brasileira de Qualidade de Energia
Santos, São Paulo, Agosto 5-8, 2007
Case 1
Simulation of the potential harmonic impacts
caused by DC motor drives of ski lifts in a
ski area
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Single Line Diagram
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Scenarios
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Scenario SKIA. No Corrections.
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Scenario SKIC. Case SKIB, plus 1800 kVAr of
filters.
Scenario SKIB. 30° phase shifting transformers
added at Apollo and BigBoss ASDs.
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SKIA, Voltage Waveform and Spectrum at
Bus #1, Substation 12.5 kV (THDV = 12.2%)
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SKIB, Voltage Waveform and Spectrum at
Bus #6, Base (THDV = 8.7%)
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SKIC, Voltage Waveform and Spectrum
at Bus #6, Base (THDV = 2.7%)
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Case 2
Harmonics and interharmonics, the filter design,
and design verification measurements
associated with an industrial load
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Introduction
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The load and compensation
Measurements
Filter design
Performance measurements
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Load and Compensation
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6 pulse load
Characteristic harmonic orders are n*p +/- 1
Initial design 5th and 7th on MV bus
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Measurements - Voltage Distortion
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Measurements – 200 ms window
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Measurements - Interharmonics
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Filter Design
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Type of filter
Location of filter
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Filter Types
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Filter Location
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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 Measurements
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Case 3
Analysis of harmonic impacts of variable
frequency drives to the system
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SuperHarm model one-line diagram
SRC
HA R
A
A1
B
8 mi 266
0.07 + j0.60 pu
@ 25 kV 100 MVA
8 mi 266
C
0.1 mi 266
5.8 Ohms
300 A Reg
F
1 mi 266
C1
D
2 mi 266
D1
0.1 mi 266
300 A Reg
E
3 MVA
25kv/4160v
Z=5.0%
4 mi 266
G
1200
kvar
D2
3 MVA
25kv/4160v
Z=5.0%
H
2 750hp, 2 75kvar
1.5 MVA
25kv/480v
Z=4.5%
750 kVA
4160v/480v
Z=5.0%
2 x 1250hp, 1 400hp, 2 x 200kvar, 1 50kvar
I
2 x 75hp, 2 x 25kvar, 2 x 60hp, 2 x 22.5kvar, 2 x 30hp as d, 2 x 10kvar
D3
Propos ed
750hp ASD
100kW
30kvar 150hp 20kvar 100hp
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Predicted voltage waveform distortion without filters
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Predicted voltage waveform distortion at Bus
I with power factor correction capacitors
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