Abstract
The broad usage of nonlinear loads in 3-phase 4-wire distribution systems defines significant 3rd-harmonic currents that accumulate in the neutral conductor and diminish quality of power. The present study examines a hybrid model of mitigation integrating Zigzag transformer connected in shunt with the load and a series passive filter installed on the utility side in the neutral conductor. The novelty of the proposed approach lies in controlling the neutral current path by shaping the frequency-dependent impedance, such that third-harmonic components are blocked from propagating toward the utility and are instead forced to circulate through the Zigzag transformer. The filter is tuned to show high impedance at the 3rd-harmonic frequency, so restricting triplen harmonic propagation to the load and directing such harmonics again via Zigzag transformer. Simulations in MATLAB/Simulink under unbalanced as well as balanced nonlinear loading validate the substantial reduction in neutral current distortion and utility-side 3rd-harmonic currents. Specifically, the proposed method achieves a reduction of more than 97–99% in third-harmonic current on the utility side under balanced conditions, while under unbalanced loading the neutral current total harmonic distortion (THD) is reduced from 438.4% to approximately 49.95%, showing the efficiency of the proposed configuration.
Keywords
3-phase 4-wire distribution power system.
3rd harmonic
Neutral current
Passive Filter
Zigzag transformer
Abstract
إن الاستخدام الواسع للأحمال غير الخطية في أنظمة التوزيع ثلاثية الطور رباعية الأسلاك يؤدي إلى ظهور تيارات توافقية كبيرة من الرتبة الثالثة تتجمع في الموصل المحايد وتؤدي إلى تدهور جودة القدرة الكهربائية. تبحث هذه الدراسة في نموذج هجين للتخفيف من هذه المشكلة، يجمع بين محول متعرج موصول على التوازي مع الحمل، ومرشح توالي غير فعال يتم تركيبه في موصل الحياد من جهة مصدر التغذية.
تكمن حداثة المنهج المقترح في التحكم بمسار تيار موصل الحياد من خلال تشكيل الممانعة المعتمدة على التردد، بحيث يتم منع مركبات التوافقية الثالثة من الانتقال باتجاه مصدر التغذية وإجبارها بدلا من ذلك على الدوران الى الحمل عبر المحول المتعرج. تم ضبط المرشح الغير فعال ليظهر ممانعة عالية عند تردد التوافقية الثالثة مما يحد من انتشار التوافقيات الثلاثية باتجاه الشبكة، ويوجه هذه التوافقيات مرة أخرى عبر المحول المتعرج.
أثبتت نتيجة المحاكاة المنفذة باستخدام بيئة ماتلاب في ظل أحمال غير خطية متوازنة وغير متوازنة ، قدرة النموذج المقترح على تحقيق انخفاض واضح في تشوه تيار موصل الحياد وتيارات التوافقية الثالثة من جهة مصدر التغذية وبشكل خاص . تحقق الطريقة المقترحة خفضاً يزيد على 97–99% في تيار التوافقية الثالثة من جهة مصدر التغذية في حالة الأحمال المتوازنة أما في حالة الأحمال غير المتوازنة، فقد انخفض التشوه التوافقي الكلي لتيار موصل الحياد من 438.4% إلى ما يقارب 49.95% مما يبين كفاءة النموذج المقترح في تحسين جودة القدرة وتقليل تأثير التوافقيات في أنظمة التوزيع رباعية الأسلاك.
تكمن حداثة المنهج المقترح في التحكم بمسار تيار موصل الحياد من خلال تشكيل الممانعة المعتمدة على التردد، بحيث يتم منع مركبات التوافقية الثالثة من الانتقال باتجاه مصدر التغذية وإجبارها بدلا من ذلك على الدوران الى الحمل عبر المحول المتعرج. تم ضبط المرشح الغير فعال ليظهر ممانعة عالية عند تردد التوافقية الثالثة مما يحد من انتشار التوافقيات الثلاثية باتجاه الشبكة، ويوجه هذه التوافقيات مرة أخرى عبر المحول المتعرج.
أثبتت نتيجة المحاكاة المنفذة باستخدام بيئة ماتلاب في ظل أحمال غير خطية متوازنة وغير متوازنة ، قدرة النموذج المقترح على تحقيق انخفاض واضح في تشوه تيار موصل الحياد وتيارات التوافقية الثالثة من جهة مصدر التغذية وبشكل خاص . تحقق الطريقة المقترحة خفضاً يزيد على 97–99% في تيار التوافقية الثالثة من جهة مصدر التغذية في حالة الأحمال المتوازنة أما في حالة الأحمال غير المتوازنة، فقد انخفض التشوه التوافقي الكلي لتيار موصل الحياد من 438.4% إلى ما يقارب 49.95% مما يبين كفاءة النموذج المقترح في تحسين جودة القدرة وتقليل تأثير التوافقيات في أنظمة التوزيع رباعية الأسلاك.
Keywords
محول متعرج ( زكزاك) ، تيار الحياد، التوافقية الثالثة، المرشح غير الفعال، نظام توزيع القدرة الكهربائية ثلاثي الطور رباعي الأسلاك.