Harmonic Distortion at 400 kV due to Undergrounding of the 132/150 kV Grid
Authors
Sørensen, Mathilde Jul ; Jensen, Mads Lundsgaard ; Christensen, Kaleb Notevik
Term
4. term
Education
Publication year
2020
Pages
172
Abstract
Danmark planlægger at lægge 324 km 150 kV-linjer i jorden. Det er endnu uklart, hvordan det vil påvirke harmonisk forvrængning på 150 og 400 kV. Dette speciale undersøger, hvordan sådanne ændringer kan påvirke, hvordan harmoniske forstyrrelser udbreder sig i transmissionsnettet. Analysen bygger på en PowerFactory-model (Power System Model for Resonance Studies) baseret på en eksisterende netmodel af Oscar Lennerhag, som repræsenterer 130 og 400 kV. Derfor undersøges konsekvenserne af at erstatte 130 kV luftledninger (OHL) med jordkabler (UGC) i både et radialt (enkeltforgrenet) og et masket (sammenkoblet) net. En litteraturgennemgang af harmonisk udbredelse danner grundlag for studiet. I et simpelt radialt system analyseres der med og uden transformer for at se, hvordan flere spændingsniveauer påvirker udbredelsen. Vi finder, at en transformer skalerer impedanser (vekselstrømsmodstand) mellem siderne i henhold til per unit-konverteringsfaktoren: set fra højspændingssiden fremstår lavspændingsimpedansen multipliceret, mens set fra lavspændingssiden fremstår højspændingsimpedansen divideret. Vi viser også, at udbredelsen af harmoniske spændinger mellem knuder kan udledes af den off-diagonale impedans (et mål for koblingen mellem to knuder) fra frekvensscanninger. Afhængigt af netkarakteristik og harmonisk orden kan udbredelsen mellem spændingsniveauer enten forstærkes eller dæmpes. I et masket net påvirker skift af linjetype primært den harmoniske impedans på det spændingsniveau, hvor ændringen sker. Ændringer på højere spændingsniveauer har større effekt på impedansen på lavere niveau end omvendt. Disse fund forklares med transformerimpedans og konverteringsfaktor og understøttes af yderligere casestudier. Når linjetypen ændres på 130 kV, ses ændringerne i harmonisk forvrængning hovedsageligt på 130 kV. Endelig viser en eksplorativ analyse af afhjælpning, at det optimale sted for et harmonisk filter ikke altid er ved kilden til forstyrrelsen, men ved den knude med den største impedans ved den harmoniske orden, der ønskes reduceret.
Denmark plans to place 324 km of 150 kV lines underground. How this will affect harmonic distortion at 150 and 400 kV is not yet clear. This thesis investigates how such changes may alter the way harmonic disturbances propagate through the transmission grid. The study uses a detailed PowerFactory model (Power System Model for Resonance Studies) derived from an existing grid model by Oscar Lennerhag, representing 130 and 400 kV. Accordingly, we examine the effects of replacing 130 kV overhead lines (OHLs) with underground cables (UGCs) in both radial (single-path) and meshed (interconnected) networks. A literature review on harmonic propagation informs the analysis. In a simple radial system, we analyse cases with and without a transformer to see how multiple voltage levels influence propagation. We find that a transformer scales impedances (the AC equivalent of resistance) between sides according to the per-unit conversion factor: seen from the high-voltage side, the low-voltage impedance appears multiplied; seen from the low-voltage side, the high-voltage impedance appears divided. We also show that the propagation of harmonic voltages between buses can be inferred from the off-diagonal impedance (a measure of coupling between two nodes) obtained from frequency scans. Depending on network characteristics and harmonic order, propagation between voltage levels can be either amplified or attenuated. In a meshed system, changing line types mainly affects the harmonic impedance at the voltage level where the change is made. Changes at higher voltage levels have a larger effect on the lower-voltage impedance than the reverse. These findings follow from transformer impedance and the conversion factor and are supported by additional case studies. When line types are changed at 130 kV, the resulting changes in harmonic distortion appear mainly at 130 kV. Finally, an exploratory mitigation study indicates that the optimal placement of a harmonic filter is not always at the disturbance source, but at the bus with the largest impedance at the harmonic order to be reduced.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents