三相不平衡电容器配置
一起6kV不接地系统三相电压不平衡故障处理与分析

一起 6kV不接地系统三相电压不平衡故障处理与分析【摘要】某厂6kV变电所6kVⅡ段发生三相对地电压不平衡故障,如果不能得到尽快处理,可能诱发严重电气事故,通过逐个瞬停负荷方式排查故障回路,最终发现故障点在一台中压电机开关C相未断开,导致系统三相容抗严重不平衡,引起中性点电压偏移,继而引发系统三相对地电压不平衡。
本文详细介绍了故障处理过程,分析计算了不同工况下三相电容不平衡对三相电压的影响差异,为排除和分析类似三相电压不平衡故障提供了有益的解决思路和理论支撑,并提出了相应的防范措施。
关键词:不接地系统;三相电压不平衡;电容不平衡1.系统运行方式与带载情况某厂6kV变电所有2段6kV母线,单母分段运行,中性点不接地系统。
6kVⅡ段带有负载有1组3000kVar电容器、3台1600kVA变压器、3台2000kW循环风机、3台900kW磨煤机、1台1600kW溢流型磨煤机、1台1250kW循环风机、1台500kW球磨机、1台400kW球磨机风机、1台280kW胶带输送机等共15个回路。
2.故障现象某日17:10分,该变电所运行人员巡检发现6kVⅡ段母线PT柜微机消谐装置显示电压频率为50Hz,开口电压值14V(正常为0-2V左右),同时检查发现母线三相对地电压不平衡:A相3.945kV,B相3.941kV,C相3.169kV(正常时三相对地电压均为 3.6kV)。
此时电压无波动及谐振现象,三相线电压平衡,均为6.3kV。
3.故障处理过程运行人员立即汇报技术主管,并协助处理故障。
17:30分,运行人员测量PT二次电压,其值分别为:A相65.7V,B相65.7V,C相52.8V,与表计显示一次侧三相对地电压相符。
线电压均为105V。
由此证明PT二次系统正常,系统电压不平衡确实存在于一次系统。
17:45分,运行人员联系工艺将6kVⅡ段负荷切换至6kVⅠ段运行,退出6kVⅡ段PT,此时系统三相对地电压依然不平衡,A相3.7kV,B相3.7kV,C相3.4kV。
电容的配置

电容的配置容量配置电容器常用容量有5、10、15、20、25、30kvar,可组合成15、30、45、60、90、120、180、240、300kvar等容量。
根据负荷的特点,可按变压器容量的20%-40%选择。
照明等居民用电负荷按40%选择,其它负荷可按30%选择。
混合补偿方式建议分补容量按照补偿总容量的30%选择,共补按70%选择,对于负载严重不平衡的场所,可适当增加分补容量的比例。
c)功率因数无功补偿后,功率因数应在0.92- 0.98范围内。
4)补偿方式根据无功补偿的要求,可以选择分相补偿、三相补偿和混合补偿等三种形式,需要选择配套的复合开关和电容器。
分相补偿形式需选择Y接的复合开关和电容器,一般用于照明线路;三相补偿则选择△接的复合开关和电容器,一般用于动力线路;混合补偿是以上两者兼而有之情况。
(6)低压无功补偿装置由复合开关接通和断开电容器,在配电变压器低压侧无功补偿时,10kV电源侧有少量谐波的注入,如比较严重可串联电抗器使补偿回路对谐波频率呈感性,从而达到抑制谐波分量的作用。
4 小结配网的运行经验证明,在配网使用低压无功补偿装置是一种切实可行的无补偿方案。
该方案实施后,提高了线路的功率因数,稳定了用户的电压质量,保证了仅供个人用于学习、研究;不得用于商业用途。
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一起220kV电容式电压互感器三相电压不平衡的故障分析

部门立即派人员联系厂家了解该 电压互感器内部具体 构造 , 并组织技术人员到现场对该电压互感器进行诊 断』 生试验 , 并 查找异 常原 因。
c a p a c i t i v e d i v i d e r a n d e l e c t r o ma y n e t i c u n i t . Be c u u s e i t s s t r u c t u r e i n s i mp l e a nd ma n y f u n c t i o n s, t he y a r e wi d e l y us e d i n t he p o we r s y s e t m. Ho we v e r, ma n y r e a s o n s o f t e c hn o l o g i e s a n d p r o d uc t i o n i t s e l f , l o t s o f f a u l t s f o r t h e c a pu c i t i v e v o l t a g e t r a n s f o r me r o te f n O C C U s. r Th e p a p e r a n a l y z e d t h e t h r e e — p h a s e v o l t a g e u n b la a n c e f a u l t o f t h e c a p a c i t i v e v o l t a g e t r a n s f o me r r .
Ke y wo r a g e t r a n s f o me r r ; c a p a c i t a n c e v o l t a g e - d i v i d i n g c a p a c i t y
三相电容器的好坏签别与容量测量

5.48 2.74 3.65 4.57 7.31 3.65 4.87 6.09 11.0 5.5 7.31 9.13 14.6 7.8 9.74 12.2
0.73 0.365 0.487 0.609 0.304 0.406 75 1.10 0.55 0.731 0.913 0.456 0.609 100 1.46 0.73 0.974 1.22 0.61 0.810.915 1.22 200 3.65 1.82 2.24 3.04 1.52 2.03
2, 一台三相电容器由3个电容组成,可以求得3个数值,即使其中之 一超过±3%的范围,也可以认为是内部有故障。 3, 如果所有端子与外皮之间的电阻都在100M以上,可以认为良 好。 4, 电压允许的不平衡范围是110%。 5, 电流允许的不平衡范围是135%。 6, 容量志电压的增量的2次方成正比。 7, 配电设备轻载时应该将电容器与电路分离。 8, 电容器的容量与电容量的关系 电容器的容量与电容量的关系表 50Hz 60Hz 50Hz 电 电 容 容 的 的 容 容 量 量 电 容 量 /μF 10 15 20 30 50 1/2 电 容 量 /μF 2/3 电 容 量 /μF 电 容 量 /μF 1/2 电 容 量 /μF 2/3 电 容 量 /μF 电 容 量 /μF 1/2 2/3 电 电 电 容 容 容 量 量 量 /μF /μF /μF
三相电容器的好坏签别与电容量测量
一,说明:测量时间最长为5秒;测量精度为测量值的±5%;容量为 100KV·A的电容,电容量约6μF(60Hz)。 二,方法1:端子开路测量法 1, 接线
2, 电容量 测量值的1/2就是一相的电容量。 三,方法2:端子短路测量法 1,接线
2,电容量 测量值的2/3就是一相的电容量。 四,判断电容器的好与坏 1, 电容器的不平衡率超过±3%可以认为电容器有故障。 不平衡率=[某2端子之间的电容÷(各端子之间的平均电 容)]×100%。
三相不平衡的定义、危害及解决方法

三相不平衡定义:是指在电力系统中三相电流(或电压)幅值不一致,且幅值差超过规定范围。
由于各相电源所加的负荷不均衡所致,属于基波负荷配置问题。
发生三相不平衡即与用户负荷特性有关,同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。
《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为50 赫兹。
在电力系统正常运行方式下,由于负序分量而引起的PCC 点连接点的电压不平衡。
该标准规定:电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%,短时间不得超过4%。
电流不平衡不超过10%。
实践证明,一般情况下三相负荷不平衡可引起线损率升高2%-10%,三相负荷不平衡度若超过10%,则线损显著增加。
有关规程规定:配电变压器出口处的负荷电流不平衡度应小于10%,中性线电流不应超过低压侧额定电流的25%,低压主干线及主要分支线的首端电流不平衡度应小于20%。
危害:1.增加线路的电能损耗。
在三相四线制供电网络中,电流通过线路导线时,因存在阻抗必将产生电能损耗,其损耗与通过电流的平方成正比。
当低压电网以三相四线制供电时,由于有单相负载存在,造成三相负载不平衡在所难免。
当三相负载不平衡运行时,中性线即有电流通过。
这样不但相线有损耗,而且中性线也产生损耗,从而增加了电网线路的损耗。
三相四线制结线方式,当三相负荷平衡时线损最小;当一相负荷重,两相负荷轻的情况下线损增量较小;当一相负荷重,一相负荷轻,而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大;当一相负荷轻,两相负荷重的情况下线损增量最大。
当三相负荷不平衡时,无论何种负荷分配情况,电流不平衡度越大,线损增量也越大。
2.增加配电变压器的电能损耗。
配电变压器是低压电网的供电主设备,当其在三相负载不平衡工况下运行时,将会造成配变损耗的增加。
因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。
在生产、生活用电中,三相负载不平衡时,使变压器处于不对称运行状态。
造成变压器的损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)。
三相电压不平衡的区分判断方法和解决办法

三相电压不平衡的区分判断方法和解决办法三相电压不平衡是指三相电源中的三相电压不相等的现象。
它可能会导致电力设备的损坏,影响系统的正常运行,并增加能源消耗。
因此,及时检测和解决三相电压不平衡是非常重要的。
本文将介绍三相电压不平衡的区分判断方法和解决办法。
一、三相电压不平衡的区分判断方法1.直接测量法:使用电压表直接测量三相电压。
如果各相电压之间相差较大,则可以判断为三相电压不平衡。
2.电压比较法:将三相电压分别与一个参考电压进行比较。
如果各相电压与参考电压之间相差较大,则可以判断为三相电压不平衡。
3.对称分量分析法:将三相电压分解为正序分量、负序分量和零序分量。
正序分量相等、负序分量和零序分量接近于零时,可以判断为三相电压平衡;否则可以判断为三相电压不平衡。
4.布尔特图法:用布尔特图表示三相电压的幅值和相位关系。
如果布尔特图中的线段有长度差异较大的情况,则可以判断为三相电压不平衡。
二、三相电压不平衡的解决办法1.检修电源:如果是由于电源供电不稳定或电网故障引起的电压不平衡,可以通知供电部门检修电源,确保供电的稳定性。
2.平衡负载:通过合理安排负载,使三相负荷均匀分布,避免其中一相负载过重而导致电压不平衡。
3.安装补偿装置:在三相电源输入端安装电压补偿装置,如三相电容器组。
这样可以通过对电容器的接入或移除,调整电容器的容量,实现对三相电压进行补偿和调整,使三相电压趋于平衡。
4.控制并联变压器:并联变压器可以调节中性点电压,通过调整相量关系和幅值大小来实现电压的均衡。
将并联变压器的控制接入自动控制系统,可以实现对电压的实时调节。
5.优化系统设计:在系统设计中充分考虑电压平衡的问题,例如在配电系统中合理选择线路和开关设备的布局,避免长线路和不对称负载的影响。
总之,及时发现和解决三相电压不平衡问题对于电力系统的正常运行和设备的安全使用至关重要。
通过采取合适的区分判断方法和解决办法,可以有效避免三相电压不平衡带来的不良影响。
三相三线制安规电容接法

三相三线制安规电容接法好啦,今天咱们聊聊“三相三线制安规电容接法”这个话题。
别害怕,听着有点高大上,实际上咱们就聊聊日常生活中那些用电的事情,尤其是咱们这些常常接触电力设备的,明白点电路接法是必不可少的,掌握了这些知识,你的安全系数也会大大提高。
嘿,别瞪大眼睛,这个三相电、三线制、安规电容接法的东西听起来复杂,但仔细琢磨,简直是小菜一碟!咱们先来捋一捋,三相三线制是什么鬼。
简单来说,这是一种常见的电力传输方式。
说白了,咱们家里常见的电都是单相电,而工业和商用设备大多用的是三相电。
那啥是三相电呢?就是说,咱们用的电压是分成三条线送到设备的,不像家里的电,只有一条电线。
而三相电它比较稳定,不容易受电压波动影响,能够提供更大的功率,设备工作起来更省电、效率高,没错,就是那么神奇。
不过,咱们知道,三相电的接法有点讲究,尤其是涉及到电容的时候。
电容器,这玩意儿可以帮助调节电流,保持电路的平衡,让电流更稳定。
你是不是想问,那电容接法到底是怎么个事儿?哈哈,这个问题提得好,别急,听我慢慢给你解答。
电容的接法其实很简单,关键是要确保安规,也就是符合国家的安全标准,这一点很重要。
在三相三线制的电容接法里,咱们主要是通过电容来补偿三相电的不平衡。
你看,正常情况下,三相电的负载是均衡的,但是万一某一相负载过大,电流就会不均衡,这时候就需要电容来帮忙。
电容可以“调解”一下,吸收一些多余的电流,或者释放一些电流,保持电路的平衡。
这就像是一个聪明的“调皮鬼”,当负载不均时,帮忙调节一下,保证设备不受影响。
我们说说“三相三线制”这名字其实也很有意思,像是给电路上的三个兄弟起了个名字。
每一条线负责不同的任务,这三条线分别叫做“火线”和“零线”。
火线是电流的来源,它负责传送电力,零线则负责将电流引回。
中性线嘛,就是它们之间的平衡者,维持电压稳定,防止过载和短路。
你想想,电流就像是人,火线就像是跑得最快的前锋,零线则是后卫,保证大家回到“家”里,而中性线就是队长,指挥着他们各自的任务,默默确保队伍的协调。
电力电容器组不平衡电压保护动作原因分析及故障诊断

电力电容器组不平衡电压保护动作原因分析及故障诊断摘要:在变电站中,电容器组三相电容量变化不一致,是导致电容器组不平衡电压保护动作最重要的原因之一,也是最常见的原因。
当电容器组发生跳闸,不应进行重合闸,必须查明确切的原因,排除故障。
另外,运行人员也应加强对电容器的红外检测,及时发现潜在隐患,减少电力事故的发生。
关键词:电力电容器组;不平衡电压;保护动作;原因;故障诊断1电容器结构及其对应保护三相单星型不接地型式的电容器组一般配置有两段式过流保护、低电压保护、过电压保护和不平衡电压保护,以应对不同的故障。
220kV甲变电站的10kV母线接线方式如图1所示,2台主变分别通过甲101与甲102带10kV西母线和10kV东母线,10kV母联分位运行。
甲容1开关柜内的电流互感器共引出2组电流绕组,一组是保护级别,另一组是测量级别。
同时,电容器保护逻辑中的过电压保护和低电压保护所用三相电压采用甲10西表转换后经过屏顶小母线传输的母线电压。
图1甲变电站10kV运行方式10kV电容器的差压保护接线如图2所示,C1、C2分别为单相电容器组的上、下节电容;L为电容器组的电抗器;n为放电线圈的变比;Um为系统一次电压;Ucy为单相电容器的差压二次值。
差压保护接线共有3组,每组2根信号线经过放电线圈至端子排,再连接到保护装置。
图210kV电容器差压保护接线示意图2电容器组不平衡电压保护动作原因2.1三相放电线圈性能不一致放电线圈是并联在系统中,其一次侧与电容器的抽头相连接,用于测量某一部分电容器的电压。
当放电线圈一次或者二次线圈发生断线或者短路的情况下,其变比会发生变化,此时放电线圈的二次电压也会发生变化,当三相放电线圈的二次电压变化不一致时,便会产生不平衡电压,引起保护动作。
2.2电容器组三相电容量不平衡中性点不接地的星型接线电容器组,当三相电容器组电容值不平衡时,运行中会产生电压分布不均的情况。
电容值小的一相或承受较高的电压,并随着电容值不平衡加大,电压分布不均的情况也随之加大。
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附录1:外文资料翻译A1.1 不平衡电力系统电容器设置摘要—本文提出一个针对三相不平衡的电力系统采用的电容器设置方法。
这种方法不仅使功率损失和电容器费用降到最小,而且使当前电力系统中谐波引起的畸变降到最小。
提出的方法是在平衡的和不平衡的操作条件下都能实现这个目标。
当不平衡的系统接近于由他们的正向序列单相等值时,本文的一个目标就是讲述在电容器设置研究结果上的一些重大区别。
此外,还讲述了在电容器设置中考虑谐波畸变的作用。
并且提供了配电测试电力系统的数字例子来说明此方法。
关键词:优化,电容器设置,损失最小化,谐波畸变,不平衡操作,配电系统。
1绪言配电系统在各个地点都安装有电容器,为了获得期望的电压波形,合适的功率因素和减少馈线功率损失。
当处理一个包含几条馈线和他们旁路的大规模配电系统时,决定这些电容器的最佳安装地点和安装容量成为一个复杂的优化问题。
除此之外,还有其他问题需要说明,例如电容器大小、电压和馈线负载的运行限值。
针对平衡的配电馈线的有效解决方法已经被开发了[1,2]。
这些解决方法主要运用于公式化问题中的正向序列网络模型和连带的功率流动。
因此,结果不能直接运用在包含缺相馈线的系统中,不对称负载的馈线或者单相或两相馈线的电容器组。
三相不平衡的配电系统将在[3,4]中研究,其中模拟退火算法和遗传算法分别用于解决这个更加复杂的问题。
在[5]中,一种被简化的公式和MINOS优化包裹用于解决同一个问题。
最近,配电系统中存在由非线性负载和控制设备产生的不需要的谐波。
对安装有电容器的配电网,谐波会导致过电压。
在[6]中提出了这个问题,并且介绍了一种使谐波过电压最小化的方法[6]。
一种避免汇合问题和合并电容器的分离属性以及安装电容器组电压畸变的实用方法,在[7]被开发并且被提出。
这种方法针对三相平衡的操作条件并且仅能分析正向序列网络。
在本文,[7]中讲述的内容将延伸到更加普遍的三相不平衡的操作情况下。
几条配电馈线分为几段,混有单相、两相和三相负载。
这样的系统和那些含有三相不平衡负载的系统一样,可以用本文当前的方法研究。
除损失和电容器设施之外的费用,还有就是谐波畸变引起的费用,将在[8-9]中讨论。
因此,问题被公式化,在这种情况下网络损失和谐波还有电容器的设置费用一起减到最小。
本文首先提出问题说明。
然后描述了三相功率流动和线性谐波分析模块的细节,这部分组成了主要算法。
其次是采用开发的程序和测试系统得到的仿真结果。
最后一部分提出了结论和对未来工作的展望。
2问题的描述当前方法的目标是确定最佳的地点和每相电容器组的大小,使得电容器的总成本,网络的总功率损失和网络的谐波畸变减到最小。
这个目标的实现决定于网络三相功率流动值,母线电压和电流强度的极限值,以及谐波指数和安装的电容器组的总数量。
因此,它可以被公式化作为以下优化问题:最小化J(X,U) = J C + J L + J IH条件电压,电流限制电容器数量限制目标函数和限制条件在下面被定义。
2.1 目标函数, J目标函数假设一带有特定负载的系统。
如果能把这个函数延伸为一类函数,那么带有任意负载的系统都可以计算,这个在这里不讨论。
所有真仿结果和关于提出的算法的讨论根据特定的负载假设。
然而这种引伸能不是困难的被合并到被提出的算法里。
组成目标函数的三个术语下述:2.1.1 电容器的费用,J C = C C T⋅UC c: 每条母线上电容器组的费用系数U : 每条母线上电容器组的介质系数2.1.2 损失的费用,J L= C L⋅(P G− P D)TCL: 每单位能量损失的费用P G: 在 (X,U)中,总的发电功率P D: 总负载T : 是损失期间(X,U): 是对应于安装的电容器介质系数U的功率流动解决方法。
根据需要损失的费用也很容易被合并。
2.1.3 畸变的费用,J IH畸变费用的评估由[8,9]的作者首先研究。
这些费用被认为是运行费用和老化费用的总和。
运行费用指的是谐波造成的增加损失的费用,老化费用指的是谐波造成的组成部分过早的老化的增加费用。
细节可以在[8,9]找到。
2.2 限制条件在基频条件下,每种方法应该满足三相功率平衡等式。
因此,一种满载的三相功率流动解决方法将用来核实这个限制。
这种解决方法也用来检测在基频下母线电压和线路电流的极限侵害值。
每个电容器单元对母线电压畸变的影响都必须被检测。
这通过解决一个线性三相谐波分析问题完成,所有非线性负载通过他们的谐波电流来表示。
这计算细节在下一部分讨论。
3解决方法上面被描述的优化问题是通过使用一个简单,并且有效的做法解决的,在[7]中,这种方法被开发并成功地应用于单相问题。
该做法背后的主导思想是根据增加大小分离电容器组的连续设置。
它假设,所有母线的任一相在每个优化步骤上可以设置一台增加分离电容器。
如果电容器装设在母线上,为禁止的唯一母线,则这种情况可容易地强行把那条母线从母线名单中分离出来。
此外,如果不同的母线上有不同大小的单位电容器组,单位电容器组的设置能相应地修改以适合每条母线。
所以,与电容器装置的分离属性和适合不同母线设置的分离单位的同一性相关的物理限制,能够自然地计算,不需要任何复杂的逻辑。
在优化做法的每一步,三相功率流动解决方法和对应于每一条母线上单位电容器组附加的母线电压谐波,都必须计算。
注意,这些计算的目的是为了获得和比较所有可能的增加设施的目标函数的价值和选择减少目标函数最多的那个。
也需要注意到,通过目标函数比较在不同母线上单位电容器设置的效果的目的,近似三相功率流动解决方法可以使用。
一旦某个候选被选择,然后一种准确的解决方法可以为选择的配置获得。
一种快速但近似三相功率流动的解决方法在第一部分被实施。
进行三相线性谐波分析是为了畸变的演算。
这些下面将详细讨论。
3.1 最新的快速三相功率流动每次在系统总线上增加一个单位电容器,就会增加对三相功率流动解决方法的影响。
这个增加的变动可以通过它的第一次命令近似值来表达功率流动解决方法来获得。
考虑三相功率流动值通过:f(X,U) = 0 (1)第一命令泰勒算法是:[F x (X0,U0) ] [ dX ] = - [ F u(X0 , U0) ] dui (2)注意du i 是增加在结点i的单位电容器,母线的一相,并且函数Fx和Fu代表与X和U有关的f (X,U)的梯度。
在优化的每一步,最近工作点由(X0,U0)表示,它取决于优化进行到那点的方式。
得到新的功率流动解决方法如下:X’ = X0 + dX (3)这个做法将根据结点的数量重复许多次,除了那些没有允许设置电容器的地方。
在针对所有情况计算目标函数J (X’, U)时,涉及到的目标函数最少的解决方法将被选择。
得到一种满载的三相交流功率流动的解决方法,并且所有的运行限制将被检测。
万一这种解决方法违犯了任何一个限值,这个做法将被作为第二个最佳解决方法重复一遍。
这个做法将继续,直到获得一种可行的解答。
如果找不到可以满足所有限制的解答,则优化做法将被终止。
否则,它将进入重复的下一步优化。
3.2 畸变的演算与基频功率流动解决方法同步,需要一种针对网络中当前高次谐波的解决方法,以便评估电力系统中谐波对应的影响。
这通过解决指定的网络的线性谐波等式完成:[Yn] [Vn ] = [In ] (4)[Yn],[Vn]和[I n]是三相网络矩阵,以第n个谐波频率评估的母线电压向量和独立电流源向量。
矩阵随着母线上单位电容器的增加而修改。
并且需要注意到,非线性设备的谐波介入根据IEEE PES工作组的推荐来建模。
需要编辑一个基于Matlab的程序来评估上面描述的针对一般三相不平衡系统的做法。
此时,程序应用在单相带负荷的情况,并且电容器设置仅在电容器类型固定的情况下可以被测试。
然而,可以随季节性或每日母线负载的变化容易地修改。
4结论本文提出一种针对三相不平衡电力系统的电容器设置方法。
提出的方法不仅节省了系统损失和电容器费用,而且减小了母线电压谐波畸变和不平衡运行的影响。
在配电网中非线性负载最近的扩散导致谐波污染成为一个重要的问题,要求我们在配电自动化中要考虑电容器大小和装设地点。
本文提出一种简单并且有效的解决方法。
在平衡的和不平衡的运行条件下提供了展示做法的有效率的数字例子。
未来工作将涉及更多目标函数中介入谐波费用的可行的方法。
译自 14th PSCC , Sevilla , 24-28 June 2002A1.2 Capacitor Placement In Unbalanced Power SystemsAbstract– This paper presents a capacitor placement method for three phase unbalanced power systems. The method aims to minimize not only the power losses and capacitor costs, but also the distortions due toharmonics present in the power system. The proposed method is capable of accomplishing this objective for both balanced and unbalanced operating conditions. One of the objectives of this paper is to demonstrate the significant differences in the results of capacitor placement studies when unbalanced systems are approximated by their positive sequence single phase equivalents. Furthermore, the effects of taking harmonic distortions into account during the capacitor placement procedure are also demonstrated.Numerical examples on a distribution test power system are provided to illustrate the method.Keywords: Optimization, capacitor placement, loss minimization, harmonic distortion, unbalanced operation, distribution systems.1INTRODUCTIONPower distribution systems contain shunt capacitors at various strategic locations in order to maintain a desired voltage profile, correct power factor and reduce power losses along feeders. When dealing with a large scale distribution system containing several feeders and their laterals, deciding on the best locations and sizes of these capacitors becomes a complicated optimization problem. In addition to the scale of the problem, there are other issues such as the discrete nature of capacitor sizes, operational limits on voltages and feeder loadings, that need to be addressed. Effective solution algorithms for balanced distribution feeders have been developed [1,2]. These solutions mainly utilize the positive sequence network model and the associated power flows in formulat ing the problem. Hence, the results do not directly apply for systems containing feeders with missing phases, unevenly loaded feeders or shunt capacitors on single or double phase feeders. Three phase unbalanced distribution systems are later studied in [3,4] where simulated annealing and genetic algorithms are respectively used to solve this more complicated problem. A simplified formulation and the MINOS optimization package are used to solve the same problem in [5]. Recently, distribution systems are populated with nonlinear loads or control devices that generate unwanted harmonics in the systems. Harmonics are known to cause overvoltages under certain network configurations involving shunt capacitors. This issue is raised and a solution is proposed for minimizing harmonic overvoltages in [6]. A practical method that avoids convergence problems and incorporates discrete nature of capacitor banks along with the voltage distortions due to the installed capacitors, is developed and presented in [7]. This method is based on the balanced three phase operation and therefore analyzes the positive sequence network only.In this paper, the work reported in [7] will be extended to the more general case of the three phase unbalanced operation. Several distribution feeders are known to have line sections carrying a mixture of single, double or three phase loads. Such systems as well as those having full three phase but unbalanced loads can be studied using the presented method in this paper.In addition to the cost of losses and capacitor installations, it is possible to associate a cost with the harmonic distortions as discussed in [8-9]. Hence, the problem is formulated in such away that both network losses and harmonics are minimized along with the cost of capacitors placed for this purpose.The paper is organized such that the problem description is presented first. This is followed by the sections describing the details of the three phase power flow and linear harmonic analysis modules, which make up t he main computational engines of the overall algorithm. Simulation results obtained using the developed program and a test system will be presented next.Conclusions and suggestions on future work will be presented in the final section.2DESCRIPTION OF THE PROBLEMThe objective of the presented method is to determine the best locations and sizes of shunt capacitors for each phase, so that the total cost of the capacitors, of the total power losses of the network and the harmonic distortion of the network are minimized. This objective should be met subject to the network three-phase power flow equations as well as the limits on the bus voltage and current magnitudes, harmonic indices (HI) and the total number of capacitor units to be installed. Hence, it can be formulated as the following optimization problem: Minimize J(X,U) = J C + J L + J IHSubject to Three-phase PF Eq.s atfundamental and harmonicsV, I – limitsHI limitsLimits on number of cap.swhere the terms of the objective function and constraint list are defined below.2.1 The Objective function, JThe objective function assumes a given loading level for the system. While it is possible to extend this function to a sum of similar functions, so that a number of loading levels can be accounted for, this will not be done here. All simulation results and the discussion of the proposed algorithm will be based on single loading assumption. Such an extension can however be incorporated into the presented algorithm without much difficulty. The three terms that make up the objective function are described below:2.1.1 Cost of Capacitors, J C = C C T⋅UC c: is the cost vector for capacitor units at each bus.U : is the vector of capacitor units placed at each bus.2.1.2 Cost of Losses, J L= C L⋅(P G− P D)TCL: is the cost of a per unit energy lossP G: is the total generation at (X,U)P D: is the total loadT : is the loss duration(X,U): is the power flow solution corresponding to the installed capacitor vector of U.The cost of demand lost can be also incorporated without difficulty.2.1.3 Cost of Distortions,J IHThe evaluation of the cost of the distortions is studied first by the authors in [8, 9]. These costs are assumed to be the sum of the operating costs and the aging costs.The operating costs refer to the costs of the incremental losses caused by the harmonics and the aging costs refer to the incremental costs due to the premature aging of the components caused by the harmonics. Details can be found in [8, 9].2.2 The ConstraintsEach solution should satisfy the three-phase power balance equations at the fundamental frequency. Thus,a full three-phase power flow solution is to be run to verify this constraint. This solution will also be used to check the limit violations at fundamental on bus voltages and line currents. The effect of each capacitor unit on the distortions of the bus voltages will have to be also checked. This is accomplished by solving a linear three-phase harmonic analysis problem where all nonlinear loads are represented by their harmonic current injections. Details of this computation are discussed in a later section.3SOLUTION METHODThe above described optimization problem is solved by using a simple yet effective procedure, which is developed and successfully employed in solving the single phase problem in [7]. The main idea behind the proposed procedure is based on sequential placement of discrete capacitor units of incremental size. It is assumed that each phase of any bus can be placed an incremental discrete capacitor at each optimization step (three-phase bank in case of three-phase phase bank otherwise). If capacitor installations are bus, single- prohibited for any of the buses, then this condition can easily be enforced by leaving out that bus from the bus list. Furthermore, if different buses have different sizes of unit capacitors, then placement of unit capacitors can be accordingly modified to suit each bus. Therefore, the physical constraints that relate to the discrete nature of capacitor installations as well as the nonhomogeneity of the discrete units available for installations at different buses, are naturally accounted for without any complex logic.At each step of the optimization procedure, the three phase power flow solution as well as the harmonics of the bus voltages corresponding to the incremental addition of unit capacitors at each possible bus, will have to be computed. Note that, the purpose of these computations is to obtain and compare the values of the objective function for all possible incremental installations and choose the one that reduces the objective function the most. It is also noted that for purposes of comparing effects of unit capacitor installations at different buses on theobjective function, approximate three-phase power flow solutions can be used. Once a candidate is selected, thenan accurate solution can be obtained for the selected configuration only. A fast but approximate three phase powerflow solution is implemented for the first part. A three phase linear harmonic analysis is carried out for thecalculation of distortions. These are discussed in more detail below.3.1 Fast Three-phase Power Flow UpdateThe three-phase power flow solution is affected incrementally each time a unit capacitor is added at a systembus. This incremental change can be captured by expressing the power flow solution by its first orderapproximation. Consider the three phase power flow equations given by:f(X,U) = 0 (1)The first order Taylor approximation will be:[F x (X0,U0) ] [ dX ] = - [ F u(X0 , U0) ] dui (2)Note that du i is the unit capacitor added at node i, one phase of a bus and the functions F x and F u represent the gradient of f(X,U) evaluated with respect to X and U respectively. At each optimization step, the most recentoperating point will be denoted by (X0,U0) which will depend upon the way the optimization proceeded up till thatpoint. The updated power flow solution will then be obtained as:X’ = X0 + dX (3)This procedure will be repeated as many times as the number of nodes excluding those where no capacitors are allowed to be placed. Upon computing the objective function J(X’,U) for all cases, the solution which yields thesmallest objective function will be selected. A full three phase AC power flow solution will be obtained and alloperating constraints will be checked for this case. In case the solution violates any one of the limits, the sameprocedure will be repeated for the second best solution. This procedure will continue until a feasible solution is obtained. If no solution can be found satisfying all the constraints, then the optimization procedure will beterminated. Otherwise, it will proceed to the next optimization iteration.3.2 Calculation of distortionsIn parallel with the fundamental frequency power flow solution, a solution for each dominant harmonic presentin the network will have to be obtained so that the corresponding effects of the power system harmonics can be evaluated. This is accomplished by solving the network’s linear harmonic equations given by:[Yn] [Vn ] = [In ] (4)where [Y n], [V n ] and [I n ] are the three phase network admittance matrix, bus voltage vector and independentcurrent source vector evaluated at the n-th harmonic frequency. The admittance matrix is modified each time a unit capacitor is added at a bus. Also note that, the harmonic injections of nonlinear devices are modeled according tothe recommendations of the IEEE PES Working Group on Harmonics Modeling and Simulation [10-11] where itis suggested that the phase angles of the injected harmonic current sources be adjusted according to the phaseangle of the fundamental with respect to reference.A Matlab-based program is developed in order to evaluate the above described procedure for general three phase unbalanced system operation. At this time, the p rogram is implemented for a single loading level and therefore the capacitor placement can be tested only for fixed capacitor types. However, it can be easily modified to account for seasonal or daily load variations of the bus loads.4CONCLUSIONSThis paper presents a capacitor placement procedure for three phase unbalanced power systems. The proposed procedure not only accounts for system losses and capacitor costs, but also for harmonic distortion of bus voltages and the effects of unbalanced operation. The recent proliferation of nonlinear loads in distribution systems makes the issue of harmonic pollution an important one to be considered in any of the distribution automation functions such as capacitor sizing and location. This paper presents a simple yet effective solution to the problem. Numerical examples demonstrating the effectiveness of the procedure under both balanced andunbalanced operating conditions are provided.Future work will involve more realistic representation of the harmonic cost in the objective function.REFERENCES[1] M. Baran, F.F. Wu, “Optimal Capacitor Placement on Radial Distribution systems”, IEEE Trans. On PowerDelivery, Vol.4, No.1, Jan. 1989, pp.725-734.[2] J. J. Grainger, and S. H. 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