SOLUTIONS TO POWER QUALITY PROBLEMS AT KANDANA WATER SUPPLY SCHEME A dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science By UPUL NANDANA ATTANAYAKE SUPERVISED BY Prof. H.Y.R. Perera Dr. H.M.Wijekoon. Department of Electrical Engineering University of Moratuwa Sri Lanka 2010 94550 Abstract Quality of the power supply becomes a key issue in plant automation. Especially, voltage sags appearing on the electricity supply cause voltage sensitive equipment to shut down and incur heavy financial losses to Industrial customers. -However, effects of voltage sags can be minimized or mitigated considerably if both utility and the plant are working with good cooperation. This thesis presents power quality issues and mitigating techniques of voltage sag problem at Kandana water treatment plant where sensitive equipment are used for different stage of water treatment and distribution process. Kandana water treatment plant consists of five pumps having capacity of 500 kW and three pumps with 200 kW capacities. The pumps are controlled by several sensitive electronic devices which are vulnerable to voltage sags. By analyzing the past break down data at Horana Grid substation and plant disturbance recorded at treatment plant and measurement taken with a power quality analyzer it has been observed that the voltage sag appearing at the treatment plant are mainly caused by faults. First, investigations were carried out to estimate the severity of voltage sag associated with different types of faults in the utility network and their impacts on the equipment installed in the water treatment plant. Then, the effects of voltage sags on the equipment vulnerable for water pumping and distribution process like large pumps with sensitive electronic controllers were investigated to find out a mitigating solution. Detail analysis with theoretical descriptions has been given to describe field observation. In order to solve the power quality problem especially the voltage sag, several options system level and device level have been considered. It is noted most of the system level mitigating solutions have been implemented by the utility side. Then device level solutions have been introduced. In this sense, Dynamic Voltage Restorer CDVR) was used to solve the voltage sag problem. Further, designing and controlling of the DVR have been with theoretical derivations and simulations results are given to justify the proposed solution. Remarkably good results have been gained by using this Dynamic Voltage Restorer. D e c l a r a t i o n T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n , e x c e p t w h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e , a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . . 1 \ J - ; - - - - - . U . N . A t t a n a y a k e . D a t e ' j 1 : : : > 1 - J c . 1 < . : ' W e e n d o r s e d t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . _ _ . - : : _ , - - P r o f . H . Y . R . P e r e r a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D r . H . M . W i j e k o o n . . . . . . . . . Y . ' . . . . . . . . : . . . · . . . . . . . . . . . . . . . . D e c l a r a t i o n A b s t r a c t A c k n o w l e d g e m e n t L i s t o f F i g u r e s L i s t o f T a b l e s A b b r e v i a t i o n s C h a p t e r 1 I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d o f t h e s t u d y 1 . 2 P o w e r Q u a l i t y P r o b l e m 1 . 3 M o t i v a t i o n 1 . 4 O b j e c t i v e s 1 . 5 S c o p e o f t h e w o r k C h a p t e r 2 C o n t e n t P o w e r Q u a l i t y M e a s u r e m e n t a t t h e s i t e 2 . I B a c k g r o u n d 2 . 2 S i t e M e a s u r e m e n t s 2 . 3 A l l o c a t e d t i m e s l o t s f o r e a c h s i t e 2 . 4 D a t a L o g g i n g 2 . 5 3 3 k V B u s B a r a t H o r a n a G r i d S u b s t a t i o n 2 . 6 3 3 k V I n c o m i n g B u s a t K a n d a n a T r e a t m e n t P l a n t 2 . 7 A n a l y s i s o f D a t a P a g e v V I V l l I X X 1 1 2 3 4 4 5 5 5 6 7 7 8 9 I I I I C h a p t e r 3 V o l t a g e S a g a n d t h e i r i m p a c t s 3 . 1 B a c k g r o u n d 3 . 2 V o l t a g e S a g S t a n d a r d s 3 . 2 . 1 T h e I E E E a n d I E C V o l t a g e S a g S t a n d a r d s 3 . 2 . 2 V o l t a g e M a g n i t u d e E v e n t s 3 . 3 C a u s e o f V o l t a g e S a g s a n d t h e i r i m p a c t s 3 . 4 V o l t a g e S a g P r o p a g a t i o n 3 . 5 V o l t a g e S a g C a l c u l a t i o n 3 . 5 . 1 B a l a n c e V o l t a g e S a g 3 . 5 . 2 U n b a l a n c e V o l t a g e S a g 3 . 5 . 3 C a l c u l a t i o n o f S o u r c e I m p e d a n c e 3 . 6 S y n e r G E E S o f t w a r e 3 . 7 E v a l u a t i o n o f V o l t a g e S a g 3 . 7 . 1 E f f e c t o f C o n d u c t o r t y p e o n v o l t a g e s a g 3 . 7 . 2 V o l t a g e S a g v s . D i s t a n c e 3 . 7 . 3 P h a s e A n g l e J u m p v s . D i s t a n c e 3 . 7 . 4 E f f e c t o f o n s i t e g e n e r a t o r s 3 . 8 A r e a o f V u l n e r a b i l i t y C h a p t e r 4 3 . 8 . 1 A r e a o f V u l n e r a b i l i t y f o r 3 p h b a l a n c e f a u l t s 3 . 8 . 2 A r e a o f V u l n e r a b i l i t y f o r U n b a l a n c e f a u l t s D e s i g n o f a M i t i g a t i o n D e v i c e 4 . 1 V o l t a g e S a g M i t i g a t i o n T e c h n i q u e s 4 . 1 . 1 R e d u c t i o n o f D u r a t i o n a n d N u m b e r o f F a u l t s 4 . 1 . 2 R e d u c i n g t h e f a u l t c l e a r i n g t i m e 4 . 1 . 3 C h a n g e s i n t h e P o w e r S y s t e m 4 . 1 . 4 I n c r e a s i n g I m m u n i t y 4 . 1 . 5 M i t i g a t i o n D e v i c e 4 . 2 B a c k g r o u n d o f T e c h n i c a l F e a s i b i l i t y 1 5 1 5 1 5 1 7 1 9 2 1 2 2 2 5 2 7 3 0 3 3 3 3 3 3 3 6 I l l 4 . 3 D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r ( D V R ) 4 . 4 P r i n c i p l e s o f t h e D V R o p e r a t i o n 4 . 5 D V R C o n t r o l l e r D e s i g n 4 . 6 D e s i g n o f D V R f o r K a n d a n a W a t e r T r e a t m e n t P l a n 4 . 6 . 1 D e s i g n I s s u e s C h a p t e r 5 M o d e l i n g a n d S i m u l a t i o n 5 . 1 M o d e l i n g o f D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r 5 . 1 . 1 M o d e l o f C o n t r o l B l o c k 5 . 1 . 2 M o d e l o f i n j e c t i o n T r a n s f o r m e r 5 . 1 . 3 M o d e l o f I n v e r t e r 5 . 2 S i m u l a t i o n a n d R e s u l t s C h a p t e r 6 5 . 2 . 1 D V R w i t h o p e n l o o p C o n t r o l S y s t e m 5 . 2 . 2 D V R w i t h C l o s e d l o o p C o n t r o l S y s t e m C o n c l u s i o n R e c o m m e n d a t i o n s a n d F u t u r e W o r k 6 . 1 C o n c l u s i o n 6 . 2 F u t u r e W o r k R e f e r e n c e s A p p e n d i c e s A p p e n d i x A : 3 3 k V S i n g l e l i n e d i a g r a m o f H o r a n a G S S A p p e n d i x B : 3 3 k V D i s t r i b u t i o n N e t w o r k o f H o r a n a G S S A p p e n d i x C : L i s t o f P u m p s a t K a n d a n a W a t e r T r e a t m e n t P l a n t A p p e n d i x D : S y n e r G E E F a u l t R e p o r t f o r F e e d e r 4 o f H o r a n a G S S 3 8 3 9 4 2 4 4 4 9 4 9 4 9 5 4 5 8 5 8 5 8 5 9 6 0 6 2 I \ ' A c k n o w l e d g e m e n t s F i r s t . I w o u l d l i k e t o t h a n k s m y s u p e r v i s o r s P r o f . R a n j i t P e r e r a , D e p t . o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g i n U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , a n d D r . H . M . W i j e k o o n C h i e f E n g i n e e r - P l a n n i n g ( R e g i o n 3 ) , C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d f o r t h e i r g u i d a n c e a n d v a l u a b l e s u g g e s t i o n s t o m a k e t h i s p r o j e c t a s u c c e s s . A g r a t e f u l t h a n k g o e s t o D r . J . P . K a r u n a d a s a , H e a d o f t h e D e p a r t m e n t , D e p t . o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g i n U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , w h o e n c o u r a g e d m e b y h i s i n s i g h t f u l c o m m e n t s d u r i n g p r o g r e s s p r e s e n t a t i o n s . I w o u l d l i k e t o p a y m y s i n c e r e t h a n k s t o M r . E . G A b e y s e k e r e A d d i t i o n a l G e n e r a l M a n a g e r ( R e g i o n 3 ) a n d M r . D . W i t h a n a g e D e p u t y G e n e r a l M a n a g e r ( U v a ) w h o e x t e n t t h e i r f u l l e s t s u p p o r t a n d c o o p e r a t i o n t o m a k e t h i s s t u d y t o b e r e a l i t y . F u r t h e r , I w o u l d l i k e t o p a y m y g r a t i t u d e s t o E n g . K u s u m S h a n t h i C h i e f E n g i n e e r - O p e r a t i o n & M a i n t a n a c e ( C o l o m b o R e g i o n ) C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d , w h o h e l p e d m e t o p r o v i d e P o w e r Q u a l i t y A n a l y z e r t o c o l l e c t d a t a , a n d s h a r i n g h i s v i e w s a n d e x p e r i e n c e s w i t h m e d u r i n g t h i s p r o j e c t . I g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e P r o j e c t D i r e c t o r a n d h i s s t a f f o f K a l u G a n g a W a t e r p r o j e c t , w h o h e l p e d m e t o g e t d a t a o f w a t e r t r e a t m e n t p l a n t . L a s t b u t n o t l e a s t I w o u l d l i k e t o r e m i n d a n d p a y m y s i n c e r e t h a n k s t o m y p a r e n t s , m y w i f e , S u m e d h a D i s s a n a y a k e a n d h e r p a r e n t s a n d m y b e l o v e d d a u g h t e r s Y a s s a s v i a n d A n j a n i , f o r t h e i r p a t i e n c e . s u p p o r t a n d e n c o u r a g e m e n t t h r o u g h o u t t h e s t u d y . V I L i s t o f F i g u r e s F i g u r e 1 . 1 F i g u r e 2 . 1 F i g u r e 2 . 2 F i g u r e 2 . 3 F i g u r e 2 . 4 F i g u r e 2 . 5 F i g u r e 2 . 6 F i g u r e 2 . 7 F i g u r e 3 . 1 F i g u r e 3 . 2 F i g u r e 3 . 3 F i g u r e 3 . 4 F i g u r e 3 . 5 F i g u r e 3 . 6 F i g u r e 3 . 7 F i g u r e 3 . 8 F i g u r e 3 . 9 F i g u r e 3 . 1 0 F i g u r e 3 . 1 1 F i g u r e 3 . 1 2 F i g u r e 3 . 1 3 f i g u r e 3 . 1 4 l · i g u r e 3 . 1 5 S u p p l y V o l t a g e Q u a l i t y a n d c u s t o m e r i n t e r a c t i o n F e e d i n g a r r a n g e m e n t s t o K a n d a n a W a t e r P r o j e c t V o l t a g e E v e n t s a t H o r a n a G S S V o l t a g e d i p s w i t h C B E M A c u r v e o v e r l a y f o r 3 3 k V B u s b a r a t H o r a n a G S S V o l t a g e d i p s w i t h C B E M A c u r v e o v e r l a y f o r 3 3 k V B u s b a r a t K a n d a n a T r e a t m e n t P l a n t V o l t a g e S a g s t a m p e d o n 1 7 . 0 9 . 2 0 0 9 , a t 1 1 : 5 9 : 5 2 : 7 9 9 9 d u e t o s i n g l e p h a s e F a u l t T r i p p i n g o f F e e d e r 4 - H o r a n a G S S V o l t a g e S a g s t a m p e d o n 1 6 . 0 9 . 2 0 0 9 , a t 1 4 : 4 7 : 1 2 : 7 5 4 0 d u e t o t h r e e p h a s e F a u l t T r i p p i n g o f F e e d e r 4 - H o r a n a G S S V o l t a g e S a g s t a m p e d o n 1 2 . 0 9 . 2 0 0 9 , a t 0 4 : 4 0 : 0 1 : 3 3 0 d u e t o t w o p h a s e F a u l t T r i p p i n g o f F e e d e r 4 - H o r a n a G S S V o l t a g e S a g t o 6 0 % V o l t a g e S a g t o 6 0 % ( R M S V a l u e ) V o l t a g e M a g n i t u d e E v e n t s D i f f e r e n t t y p e s o f f a u l t s P r i m a r y V o l t a g e ( Y / L \ ) S e c o n d a r y V o l t a g e ( Y / L \ ) V o l t a g e d i v i d e r m o d e l t o a n a l y z e b a l a n c e v o l t a g e s a g s V o l t a g e d i v i d e r m o d e l t o a n a l y z e u n b a l a n c e v o l t a g e s a g s V o l t a g e S a g v e r s u s d i s t a n c e f r o m G S S f o r L y n x c o n d u c t o r V o l t a g e S a g v e r s u s d i s t a n c e f r o m G S S f o r R a c o o n c o n d u c t o r P h a s e A n g l e j u m p v e r s u s d i s t a n c e f r o m G S S f o r L y n x c o n d u c t o r P h a s e A n g l e j u m p v e r s u s d i s t a n c e f r o m G S S f o r R a c o o n c o n d u c t o r V o l t a g e s a g v e r s u s d i s t a n c e f o r t h e e f f e c t o f o n s i t e g e n e r a t o r s A r e a o f v u l n e r a b i l i t y f o r 3 p h b a l a n c e f a u l t s A r e a o f v u l n e r a b i l i t y f o r u n b a l a n c e f a u l t s P a g e 2 6 8 1 1 1 1 1 2 1 3 1 3 1 7 1 7 1 9 2 1 2 1 2 1 2 2 2 3 2 7 2 8 2 8 2 9 3 0 3 1 3 1 V l l F i g u r e 4 . 1 T y p i c a l w a v e f o r m o f v o l t a g e s a g c a u s e d b y r e m o t e f a u l t c l e a r i n g 3 3 F i g u r e 4 . 2 D i f f e r e n t t y p e s o f v o l t a g e m i t i g a t i o n 3 4 F i g u r e 4 . 3 T y p i c a l a r r a n g e m e n t o f p o w e r s y s t e m w i t h m i t i g a t i o n d e v i c e 3 6 F i g u r e 4 . 4 T y p i c a l s c h e m a t i c d i a g r a m o f a p o w e r s y s t e m c o m p e n s a t e d b y D V R 3 9 F i g u r e 4 . 5 P h a s o r d i a g r a m o f p o w e r d i s t r i b u t i o n s y s t e m d u r i n g s a g 4 0 F i g u r e 4 . 6 D V R c o n n e c t e d p o w e r s y s t e m 4 1 F i g u r e 4 . 7 B l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f D V R s y s t e m w i t h op~n l o o p c o n t r o l l e r 4 2 F i g u r e 4 . 8 B l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f D V R s y s t e m w i t h c l o s e d l o o p c o n t r o l l e r 4 4 F i g u r e 4 . 9 P r e - s a g v o l t a g e c o m p e n s a t i o n 4 7 F i g u r e 5 . I M o d e l o f t h e D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r w i t h c l o s e d l o o p c o n t r o l l e r 5 0 F i g u r e 5 . 2 M o d e l o f t h e D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r w i t h o p e n l o o p c o n t r o l l e r 5 1 F i g u r e 5 . 3 S i m u l i n k B l o c k f o r c l o s e d l o o p c o n t r o l l e r 5 2 F i g u r e 5 . 4 S i m u l i n k B l o c k f o r o p e n l o o p c o n t r o l l e r 5 2 F i g u r e 5 . 5 S i m u l i n k B l o c k f o r i n j e c t i o n t r a n s f o r m e r 5 3 F i g u r e 5 . 6 S i m u l i n k b l o c k f o r I n v e r t e r 5 3 F i g u r e 5 . 7 S c h e m a t i c D i a g r a m o f D V R 5 4 F i g u r e 5 . 8 S u p p l y V o l t a g e w i t h 4 0 % v o l t a g e s a g a n d c o m p e n s a t e d l o a d v o l t a g e 5 5 ( O p e n l o o p ) F i g u r e 5 . 9 S u p p l y V o l t a g e w i t h 4 0 % v o l t a g e s a g a n d c o m p e n s a t e d l o a d v o l t a g e 5 6 ( C l o s e d l o o p ) F i g u r e 5 . I 0 C o m p e n s a t i o n V o l t a g e 5 7 V l l l L i s t o f T a b l e s T a b l e 2 . 1 T a b l e 2 . 2 T a b l e 2 . 3 T a b l e 2 . 4 T a b l e 3 . 1 T a b l e 3 . 2 T a b l e 3 . 3 T a b l e 3 . 4 T a b l e 3 . 5 T i m e T a b l e f o r i n s t a l l a t i o n o f P Q A n a l y z e r a t s i t e s V o l t a g e e v e n t s a t H o r a n a G r i d S u b s t a t i o n V o l t a g e e v e n t s a t K a n d a n a T r e a t m e n t P l a n t N o . o f T r i p p i n g a t H o r a n a G S S C a t e g o r i e s a n d T y p i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f p o w e r s y s t e m e l e c t r o m a g n e t i c P h e n o m e n a V o l t a g e s a g s t a n d a r d s R e s u l t s f r o m S y n e r G E E s o f t w a r e V o l t a g e c o m p a r i s o n u s i n g S y n e r G E E s o f t w a r e D a t a a b o u t o n s i t e g e n e r a t o r ( A c e p o w e r ) P a g e 7 9 1 0 1 2 1 6 1 8 2 6 2 6 2 9 I X A b b r e v i a t i o n s P Q - P o w e r Q u a l i t y C E B - C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d D V R - D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r G S S - G r i d S u b s t a t i o n k V - K i l o V o l t s M V A - M e g a V o l t A m p e r e R M S - R o o t M e a n S q u a r e S L G - S i n g l e l i n e t o G r o u n d I G B T - I n s u l a t e d g a t e b i p o l a r t r a n s i s t o r v s c - V o l t a g e S o u r c e C o n v e r t e r U P S - U n i n t e r r u p t a b l e P o w e r S u p p l y G M D - G e o m e t r i c a l M e a n D i a m e t e r G S S - G r i d S u b s t a t i o n X C h a p t e r 1 I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d o f t h e s t u d y D e p e n d e n c y o n a r e l i a b l e a n d c o n t i n u o u s e l e c t r i c i t y s u p p l y h a s bee~ c o n s i d e r e d a s a m a j o r f a c t o r i n t o d a y · s l i f e d u e t o i n c r e a s e d l i v i n g s t a n d a r d s a n d t h e r e b y g r e a t e r u s a g e o f e l e c t r o n i c e q u i p m e n t s i n t h e i n d u s t r i a l a n d c o m m e r c i a l s e c t o r s , t h u s i d e n t i f i c a t i o n . q u a n t i f i c a t i o n a n d r e s o l v i n g o f p o w e r q u a l i t y ( P Q ) p r o b l e m s i s b e c o m i n g a v e r y i m p o r t a n t c o n c e r n t o c u s t o m e r s a s \ \ e l l a s u t i l i t i e s . P Q p r o b l e m s s u c h a s s a g , s w e l L h a r m o n i c d i s t o r t i o n , u n b a l a n c e t r a n s i e n t a n d f l i c k e r c a n i m p a c t c u s t o m e r o p e r a t i o n s , c a u s i n g m a l f u n c t i o n s a n d c o s t o n l o s s o f p r o d u c t i o n a n d d o \ \ n t i m e . B o t h e l e c t r i c u t i l i t i e s a n d e n d u s e r s o f e l e c t r i c p o w e r a r e b e c o m i n g i n c r e a s i n g l y c o n c e r n e d a b o u t t h e q u a l i t y o f e l e c t r i c p o w e r . T h e t e r m p o w e r q u a l i t y h a s b e c o m e o n e o f t h e m o s t p r o l i f i c b u z z w o r d i n t h e p o w e r i n d u s t r y s i n c e l a t e 1 9 8 0 s . I t i s a n u m b r e l l a c o n c e p t f o r a m u l t i t u d e o f i n d i \ ' i d u a l t y p e s o f p o w e r s y s t e m d i s t u r b a n c e s . T h e r e a r e f o u r m a j o r r e a s o n s f o r i n c r e a s i n g p o w e r q u a l i t y p r o b l e m s ; 1 . N e w e r - g e n e r a t i o n l o a d e q u i p m e n t , w i t h m i c r o p r o c e s s o r - b a s e d c o n t r o l s a n d p o w e r e l e c t r o n i c d e v i c e s , i s m o r e s e n s i t i v e t o p o w e r q u a l i t y v a r i a t i o n s t h a n t h e e q u i p m e n t u s e d i n t h e p a s t . l T h e i n c r e a s i n g e m p h a s i s o n o v e r a l l p o \ \ ' e r s y s t e m e f f i c i e n c y h a s r e s u l t e d i n c o n t i n u e d g r o w 1 h i n t h e a p p l i c a t i o n o f d e v i c e s s u c h a s h i g h - e f f i c i e n c y . a d j u s t a b l e s p e e d m o t o r d r i v e s a n d s h u n t c a p a c i t o r s f o r p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o n t o r e d u c e l o s s e s . T h i s i s r e s u l t i n g i n i n c r e a s i n g h a r m o n i c l e v e l s o n p o w e r s y s t e m s a n d h a s m a n y p e o p l e c o n c e r n e d a b o u t t h e f u t u r e i m p a c t o n s y s t e m c a p a b i l i t i e s . - I - 3 . E n d u s e r s h a v e a n i n c r e a s e d a w a r e n e s s o f p o w e r q u a l i t y i s s u e s . U t i l i t y c u s t o m e r s a r e b e c o m i n g b e t t e r i n f o r m e d a b o u t s u c h i s s u e s a s i n t e r r u p t i o n s , s a g s , a n d s w i t c h i n g t r a n s i e n t s a n d a r e c h a l l e n g i n g t h e u t i l i t i e s t o i m p r o v e t h e q u a l i t y o f p o w e r d e l i v e r e d . . f . M a n y t h i n g s a r e n o w i n t e r c o n n e c t e d i n a n e t w o r k . I n t e g r a t e d p r o c e s s e s m e a n t h a t t h e f a i l u r e o f a n y c o m p o n e n t h a s m u c h m o r e i m p o r t a n t c o n s e q u e n c e s [ I ] . T h e f i g u r e 1 . 1 s h o w s t h e p o w e r s y s t e m i n t e r a c t i o n w i t h c u s t o m e r s . I t i s c l e a r f r o m t h i s f i g u r e t h a t i n i t i a l l y t h e u t i l i t y w i l l p r o v i d e p u r e s i n e w a v e s u p p l y t o t h e c u s t o m e r s a n d t h e c u s t o m e r s i n j e c t n o n - l i n e a r c u r r e n t t o t h e s y s t e m . T h i s r e s u l t s i n d i s t o r t i n g s u p p l y v o l t a g e t o o t h e r c u s t o m e r s . T h u s t h e p o w e r q u a l i t y b e c o m e s b i - d i r e c t i o n a l p h e n o m e n a . ~------- P o w e r S y s t e m V o l t a g e ~ . . · Quality~ 4 ( C u r r e n t w Q u a l i t y C u s t o m e r P o w e r Q u a l i t y F i g . 1 . 1 : S u p p l y V o l t a g e Q u a l i t y a n d C u s t o m e r I n t e r a c t i o n 1 . 2 P o w e r q u a l i t y p r o b l e m s 1 \ m e r q u a l i t y p r o b l e m s c a n b e c a t e g o r i z e d a s • V o l t a g e R e g u l a t i o n / U n b a l a n c e • V o l t a g e S a g s I I n t e r r u p t i o n s • F l i c k e r • T r a n s i e n t s • H a r m o n i c D i s t o r t i o n - 2 - V o l t a g e s a g s a r e t h e m o s t s e v e r e p o v v e r q u a l i t y d i s t u r b a n c e f a c e d b y i n d u s t r i a l c o n s u m e r s . S i n c e t h e c o m p l e x i t y o f t h e e l e c t r o n i c e q u i p m e n t u s e d i n t h e i n d u s t r i a l p l a n t i n c r e a s e s . t h e e q u i p m e n t i s b e c o m i n g m o r e s e n s i t i v e t o v o l t a g e s a g s l 2 J . V o l t a g e s a g i s a m o m e n t a r y d e c r e a s e i n t h e r m s \ O i t a g e m a g n i t u d e l a s t i n g f o r h a l f a c y c l e t o s e v e r a l s e c o n d s . D i s r u p t i v e v o l t a g e s a g s a r e u s u a l l y c a u s e d b y f a u l t c o n d i t i o n o n t h e u t i l i t y t r a n s m i s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n s y s t e m s o r w i t h i n a c u s t o m e r ' s f a c i l i t y . M o t o r s s t a r t i n g w i t h i n t h e c u s t o m e r f a c i l i t i e s c a n a l s o r e s u l t i n v o l t a g e s a g f o r n e i g h b o r h o o d c u s t o m e r s . T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s e v o l t a g e s a g s a r e p r e d i c t a b l e a n d c a n b e p r e \ · e n t e d . T h i s t h e s i s d i s c u s s a b o u t t h e P o w e r q u a l i t y p r o b l e m a t K a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t w h e r e s e n s i t i Y e e q u i p m e n t a r e u s e d f o r d i f f e r e n t s t a g e s o f w a t e r t r e a t m e n t a n d d i s t r i b u t i o n p r o c e s s . F u r t h e r . t h e m i t i g a t i o n s o l u t i o n s i n t h e f o r m o f c u s t o m p o w e r d e v i c e s w i l l b e i n t r o d u c e d . F i n a l l y . t h e e c o n o m i c a n a l y s i s o f t h e s o l u t i o n w i l l b e d i s c u s s e d . 1 . 3 M o t i v a t i o n F r e q u e n t i n t e r r u p t i o n s a n d l o n g d u r a t i o n s u p p l y r e s t o r a t i o n s a r e v e r y c o m m o n i n t h e p r e s e n t s u p p l ) s y s t e m i n S r i L a n k a . T h u s C E B h a s b e e n p a y i n g a t t e n t i o n t o r e d u c e n u m b e r o f i n t e r r u p t i o n s a n d s u p p l y r e s t o r a t i o n d u r a t i o n t h e r e b y i m p r o v i n g s u p p l y r e l i a b i l i t y o f e x i s t i n g c o n s u m e r s u p p l y . H e n c e a l i t t l e o r n o a t t e n t i o n h a s b e e n p a i d o n t h e p o w e r q u a l i t y p r o b l e m s i n t h e s y s t e m , e s p e c i a l l y a t s e n s i t i v e l o a d s l i k e g l a s s i n d u s t r y . c e m e n t i n d u s t r y . w a t e r s u p p l y s c h e m e s w h e r e p r e c i s e m i c r o p r o c e s s o r c o n t r o l l e r s a r c u s e d f o r a d j u s t a b l e s p e e d d r i v e s y s t e m s . W i t h t h e d e v e l o p m e n t o f s t a t e o f a r t t e c h n o l o g y . t h e u s e s o f s e n s i t i v e e q u i p m e n t i n i n d u s t r i a l p r o c e s s e s a r e u n a v o i d a b l e s i n c e t h e d e v e l o p m e n t o f i n d u s t r i e s d i r e c t l y a f f e c t t o t h e e c o n o m i c a n d s o c i a l d e v e l o p m e n t o f t h e c o u n t r y a s a w h o l e . H o w e v e r , t h e q u a l i t y o f s u p p l y i s n o t u p t o t h e lcn~l \ \ h i c h i s e x p e c t e d b y t h e m o d e r n s e n s i t i v e e q u i p m e n t . T h u s p o w e r q u a l i t y i m p r o v e m e n t m e a s u r e s a r e b e c o m i n g c o m p u l s o r y f o r t h e d e v e l o p m e n t o f e l e c t r i c i t y s e c t o r i n t h e c o u n t r y . H o w e v e r , a l i t t l e o r n o d a t a i s a v a i l a b l e a t p r e s e n t o n t h e s e v e r i t y a n d e x t e n t o f t h e p r o b l e m , w h i c h c o n s i d e r e d a s a m a j o r o b s t a c l e f o r t h e d e v e l o p m e n t o f t h e s e c t o r . - 3 - S h o r t - d u r a t i o n p o w e r d i s t u r b a n c e s , s u c h a s v o l t a g e s a g s , s w e l l s a n d s h o r t i n t e r r u p t i o n s . a r c m a j o r c o n c e r n s f o r i n d u s t r i a l c u s t o m e r s . D u e t o t h e w i d e u s a g e o f s e n s i t i v e e l e c t r o n i c e q u i p m e n t i n p r o c e s s a u t o m a t i o n , e v e n v o l t a g e s a g s l a s t f o r o n l y a f e w m i l l i s e c o n d s m a y c a u s e s h u t d o w n o f p r o d u c t i o n p r o c e s s w i t h c o n s i d e r a b l e a s s o c i a t e d c o s t s ; t h e s e c o s t s i n c l u d e p r o d u c t i o n l o s s e s , e q u i p m e n t r e s t a r t i n g a t p e a k t i m e , d a m a g e d o r l o w e r - q u a l i t y p r o d u c t a n d r e d u c e d c u s t o m e r s a t i s f a c t i o n [ 3 J . I n t h i s c o n t e x t , a c o m p r e h e n s i v e s t u d y o n a p o w e r q u a l i t y p r o b l e m i n s e l e c t e d c o n s u m e r l o c a t i o n w i l l b e a g o o d c o n t r i b u t i o n i n o r d e r t o m a k e a v e n u e s t o t h e a r e a o f p o w e r q u a l i t y r e s e a r c h i n t h e C E B n e t w o r k . T h u s I a s a n e n g i n e e r a t t a c h e d t o C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d h a v e b e e n g r e a t l y m o t i v a t e d t o s t u d y p o w e r q u a l i t y p r o b l e m i n t h e K a n d a n a W a t e r B o a r d S i t e w h e r e m i c r o p r o c e s s o r b a s e d c o n t r o l l e r s w h i c h a r e s e n s i t i v e t o p o w e r q u a l i t y p r o b l e m s a r e u s e d i n t h e w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s s . 1 . 4 O b j e c t i v e s 0 T o i n v e s t i g a t e t h e p o w e r q u a l i t y p r o b l e m i n K a n d a n a W a t e r S u p p l y S c h e m e 0 T o p r o p o s e a c o s t e f f e c t i v e s o l u t i o n t o m i t i g a t e i d e n t i f i e d p o w e r q u a l i t y p r o b l e m s a t k a n d a n a w a t e r s u p p l y S c h e m e 0 T o m a k e a v e n u e s t o t h e a r e a o f p o w e r q u a l i t y r e s e a r c h i n t h e C E B n e t w o r k 1 . 5 S c o p e o f t h e w o r k • L i t e r a t u r e S u r v e y • D a t a C o l l e c t i o n a n d S y s t e m I d e n t i f i c a t i o n • I d e n t i f i c a t i o n o f v o l t a g e s a g s e v e r i t y w i t h t h e u s e o f P Q D a t a L o g g e r • D e s i g n i n g o f S e r i e s C o m p e n s a t i n g D e v i c e ( D V R ) t o m i t i g a t e m o s t c o m m o n v o l t a g e s a g s . • M a t h e m a t i c a l M o d e l i n g a n d S i m u l a t i o n . • D o c u m e n t a t i o n - 4 - C h a p t e r 2 P o w e r Q u a l i t y M e a s u r e m e n t s a t t h e S i t e 2 . 1 B a c k g r o u n d T h e K a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t i s l o c a t e d i n H o r a n a a r e a a n d i s t a k i n g p o w e r f r o m H o r a n a 1 3 2 k V / 3 3 k V G r i d S u b s t a t i o n . T h e i n s t a l l e d c a p a c i t y o f K a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t i s 4 M V A i n c l u d i n g p h a s e I I e x p a n s i o n . P r e s e n t l y , p h a s e I h a s b e e n c o m p l e t e d a n d t h e o p e r a t i n g c a p a c i t y i s 2 . 0 M V A . T h i s t r e a t m e n t p l a n t c o n s i s t s o f f i v e p u m p s h a v i n g c a p a c i t i e s o f 5 0 0 k W a n d t h r e e P u m p s h a v i n g 2 0 0 k W a s m a j o r l o a d s . I n a d d i t i o n t o a b o v e m a i n p u m p s t h e r e a r c S C \ e r a ! s m a l l p u m p s w h i c h a r c n e e d e d i n m a n y d i f f e r e n t s t a g e o f t h e t r e a t m e n t p l a n t . M o t o r c o n t r o l l e r s c o n s i s t o f s e n s i t i v e e l e c t r o n i c e q u i p m e n t w h i c h a r e v u l n e r a b l e v o l t a g e v a r i a t i o n s . A d e d i c a t e d 3 3 k V o v e r h e a d t o w e r l i n e ( a b o u t 6 k m l o n g ) f e e d s p o w e r f r o m t h e H o r a n a G a n t r y t o t h e K a n d a n a T r e a t m e n t P l a n t . T h e H o r a n a G a n t r y h a s t h r e e o u t g o i n g f e e d e r s f e e d i n g B u l a t h s i n g h a l a . N a t u p a n a A r e a a n d K a n d a n a T r a e t m e n t P l a n t H o r a n a G a n t r y i s f e d f r o m t h e 1 3 2 k V / 3 3 k V G r i d s u b s t a t i o n u s i n g t w o 3 3 k V o v e r h e a d l i n e s . o n e f e e d e r i s a n e x p r e s s l i n e f e e d i n g d i r e c t l y K a n d a n a / B u l a t h s i n g h a l a I N a t u p a n a G a n t r y , w h i l e o t h e r f e e d e r i s a d i s t r i b u t i o n f e e d e r . D u r i n g o p e r a t i o n o f t h e t r e a t m e n t p l a n t t h e r e i s f r e q u e n t t r i p p i n g d u e t o v o l t a g e s a g s . A f t e r t r i p p i n g o f m o t o r s e s p e c i a l l y a t p e a k t i m e i t i s v e r y d i f l i c u l t t o r e s t a r t t h e m o t o r s . I t t a k e s a l o n g t i m e d u e t o h i g h s t a r t i n g c u r r e n t o f t h e m o t o r s w i t h f l y w h e e l s a n d t h e t i m e t a k e n t o s t a b i l i z e t h e c h e m i c a l f e e d i n g a n d t h e s e t t l i n g . W h e n t h e r e i s a f a u l t i n r e m o t e l o c a t i o n i n B u l a t h s i n h a l a f e e d e r o f H o r a n a g r i d s u b s t a t i o n . t h e 3 3 k \ . b u s b a r v o l t a g e d r o p s w e l l b e l o w t h e s p e c i f i e d l e v e l u n t i l t h e f a u l t i s c l e a r e d b y t h e f e e d e r c i r c u i t b r e a k e r w h i c h i s o p e r a t e d b a s e d o n o v e r c u r r e n t p r i n c i p l e . T h e 3 3 k V b u s v o l t a g e d r o p a p p e a r a s a v o l t a g e s a g t o t h e K a n d a n a W a t e r S u p p l y s c h e m e a n d i t l e a d s t o t r i p p i n g o f w a t e r p u m p s . A l t h o u g h a s t a n d - b y G e n e r a t o r i s a v a i l a b l e , i t s o p e r a t i o n i s a l s o n o t v i a b l e a s t h e p o w e r i s r e s t o r e d w i t h i n a s h o r t t i m e . - 5 - L y n x C o n d u c t o r R a c o o n C o n d u c t o r F i g . 2 . 1 : F e e d i n g a r r a n g e m e n t t o K a n d a n a W a t e r P r o j e c t 2 . 2 S i t e m e a s u r e m e n t s I n o r d e r t o i d e n t i f y t h e p r o b l e m s i n t h e e l e c t r i c i t y s u p p l y t o p a r t i c u l a r s i t e m e a s u r e m e n t s w h i c h i n c l u d e s c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p o w e r s u p p l y s h o u l d b e o b t a i n e d . I n t h i s c a s e , a n i n s t r u m e n t c a l l e d p o w e r q u a l i t y d a t a a n a l y z e r w h i c h g i v e s d i f f e r e n t d a t a s e t s l i k e w a v e f o r m d i s t o r t i o n , v o l t a g e a n d c u r r e n t m a g n i t u d e c h a n g e s e t c h a s b e e n u s e d . T h e r e a r e s e v e r a l i m p o r t a n t r e a s o n s t o m o n i t o r p o w e r q u a l i t y . T y p e o f p o w e r q u a l i t y p r o b l e m c a n b e c l a s s i f i e d b y m o n i t o r i n g t h e d a t a . E f f e c t s o n e q u i p m e n t a n d p r o c e s s o p e r a t i o n s c a n i n c l u d e m a l o p e r a t i o n , d a m a g e , p r o c e s s d i s r u p t i o n , a n d o t h e r s u c h a n o m a l i e s . S u c h d i s r u p t i o n s a r e c o s t l y s i n c e a p r o f i t - b a s e d o p e r a t i o n i s i n t e r r u p t e d u n e x p e c t e d l y a n d m u s t b e r e s t o r e d t o c o n t i n u e p r o d u c t i o n . I n a d d i t i o n , e q u i p m e n t d a m a g e a n d s u b s e q u e n t r e p a i r c o s t b o t h m o n e y a n d t i m e . P r o d u c t d a m a g e c a n a l s o r e s u l t f r o m e l e c t r o m a g n e t i c p h e n o m e n a r e q u i r i n g t h a t t h e d a m a g e d p r o d u c t e i t h e r b e r e c y c l e d o r d i s c a r d e d , b o t h o f w h i c h a r e e c o n o m i c i s s u e s . I n a d d i t i o n t o r e s o l v i n g e q u i p m e n t d i s r u p t i o n s , a d a t a b a s e o f e q u i p m e n t t o l e r a n c e s a n d s e n s i t i v i t y c a n b e d e v e l o p e d f r o m m o n i t o r e d d a t a . S u c h a d a t a b a s e c a n p r o v i d e a b a s i s f o r d e v e l o p i n g e q u i p m e n t c o m p a t i b i l i t y s p e c i f i c a t i o n s a n d g u i d e l i n e s f o r f u t u r e e q u i p m e n t - 6 - e n h a n c e m e n t s . I n a d d i t i o n , a d a t a b a s e o f t h e c a u s e s f o r r e c o r d e d d i s t u r b a n c e s c a n b e u s e d t o m a k e s y s t e m i m p r o v e m e n t s . F i n a l l y , e q u i p m e n t c o m p a t i b i l i t y p r o b l e m s c a n c r e a t e s a f e t y h a z a r d s r e s u l t i n g f r o m e q u i p m e n t m i s o p e r a t i o n o r f a i l u r e . P r o b l e m s r e l a t e d t o e q u i p m e n t m i s o p e r a t i o n c a n o n l y b e a s s e s s e d i f c u s t o m e r d i s t u r b a n c e r e p o r t s a r e k e p t . T h e s e l o g s d e s c r i b e t h e e v e n t i n s i d e t h e f a c i l i t y , t h e t y p e o f e q u i p m e n t t h a t w a s a f f e c t e d , h o w i t w a s a f f e c t e d , t h e w e a t h e r c o n d i t i o n s , a n d t h e l o s s e s i n c u r r e d . T h e r e c o m m e n d e d m o n i t o r i n g p e r i o d i s d e f i n e d a s a c o m p l e t e w o r k i n g c y c l e ( p o w e r p e r i o d ) . I n a l l c a s e s , t h e d a t a o b t a i n e d i s a s n a p s h o t o f t h e p o w e r q u a l i t y p r o f i l e [ 2 0 ] 2 . 3 A l l o c a t e d T i m e s l o t s f o r e a c h s i t e T h e f o l l o w i n g i s a s u m m a r y o f t h e i n s t a l l a t i o n o f a n a l y z e r a t e a c h s i t e S i t e N o . L o c a t i o n T i m e I n t e r v a l H o a r a n a G S S F e e d e r 4 2 6 . 0 8 . 2 0 0 9 - 2 0 . 0 9 . 2 0 0 9 K a n d a n a P l a n t I n c o m i n g 3 3 k V b u s 2 0 . 0 9 . 2 0 0 9 - 2 8 . 0 9 . 2 0 0 9 T a b l e 2 . 1 : T i m e T a b l e f o r i n s t a l l a t i o n o f P Q A n a l y z e r a t s i t e s 2 . 4 D a t a L o g g i n g A n i m p o r t a n t p a r t o f t h e r e s e a r c h i s t h e c o l l e c t i o n o f m e a s u r e m e n t d a t a f o r e a c h s i t e a n d a l l d a t a h a v e b e e n c o l l e c t e d v i a s o f t w a r e n a m e d T O P A S w h i c h w a s d i s t r i b u t e d w i t h t h e P Q a n a l y z e r . B a s e d o n a b o v e p r o c e s s L E M Q w a v e P Q A n a l y z e r w h i c h b e l o n g s t o C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d w a s i n s t a l l e d a t 3 3 k V b u s o f H o r a n a G S S m o n i t o r i n g f e e d e r 4 a s w e l l a s a t t h e i n c o m i n g o f t h e K a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t . T h e f i g u r e 2 . 2 s h o w n t h e e v e n t s l o g g e d d u r i n g t h e p e r i o d g i v e n i n s e c t i o n 2 . 3 . - 7 - 3 0 . 0 · ~.0- { w~ -~~--~~~~~~~~~~ . . ~~~~~~ ~ 5 ~0- 10~ - " · F : i c · 2 . 6 F i l t 2 . 7 6 . 0 - oo~ I I I I I t I I t I I I 2 $ . 0 0 3 0 . 0 0 0 1 . 0 0 0 3 . 0 0 0 5 . 0 0 0 7 . 0 0 0 0 . 0 0 t 1 . 0 0 1 3 . 0 0 1 5 . 0 0 1 7 . 0 0 1 0 ,0 0 D . y . H o u 1 F i g . 2 . 2 : V o l t a g e E v e n t s a t H o r a n a G S S 2 . 5 3 3 k V B u s B a r a t H o r a n a G r i d S u b s t a t i o n L o c a t i o n : 3 3 k V B u s B a r o f F e e d e r 4 A n a l y s i s T i m e P e r i o d : S t a r t : 2 6 . 0 8 . 2 0 0 9 E n d : 2 0 . 0 9 . 2 0 0 9 D i f f e r e n c e : N o m i n a l V o l t a g e : N o t a t i o n s : 1 8 : 3 0 : 0 0 h r s 1 6 : 0 0 : 0 0 h r s 3 W 3 d l h 2 0 m O s 3 3 0 0 0 . 0 0 V o l t s U L 1 2 : P h a s e V o l t a g e R - Y U L 2 3 : P h a s e V o l t a g e Y - B U L 3 1 : P h a s e V o l t a g e B - R A c c o r d i n g t o t h e t i m e p e r i o d m e n t i o n e d a b o v e , r e q u i r e d d a t a h a v e b e e n c o l l e c t e d u s i n g P Q a n a l y z e r . T a b l e 2 . 2 s h o w s t h e v o l t a g e e v e n t s a t H o r a n a g r i d s u b s t a t i o n . - 8 - O v e r V o l t a g e > 3 6 3 0 0 V o l t a g e D i p s < 2 9 7 0 0 S h o r t I n t e r r u p t i o n s < 1 . 0 0 % V n < 3 . 0 0 M i n u t e s L o n g I n t e r r u p t i o n s < 1 . 0 0 % V n > 3 . 0 0 M i n u t e s Q u a n t i t y M a x . V a l u e M a x . D u r a t i o n Q u a n t i t y M a x . V a l u e I V r m s M a x . D u r a t i o n Q u a n t i t y M a x . D u r a t i o n Q u a n t i t y M a x . D u r a t i o n U L 1 2 0 0 O . O O O O n s 5 5 8 6 4 0 . 6 5 6 5 6 . 8 4 0 6 m s 0 O . O O O O n s 0 O . O O O O n s U L 2 3 0 0 O . O O O O n s 3 8 1 1 5 4 3 . 8 2 . I 6 4 6 . 8 7 4 4 m s 0 O. O O O O n s 0 O . O O O O n s T a b l e 2 . 2 : V o l t a g e e v e n t s a t H o r a n a G r i d S u b s t a t i o n U L 3 1 0 0 O. O O O O n s 4 2 1 2 5 5 5 . 8 8 6 4 6 . 8 7 4 4 m s 0 O . O O O O n s 0 O . O O O O n s 2 . 6 3 3 k V I n c o m i n g B u s a t K a n d a n a T r e a t m e n t P l a n t L o c a t i o n : 3 3 k V B u s B a r o f K a n d a n a T r e a t m e n t P l a n t A n a l y s i s T i m e P e r i o d : S t a r t : 2 0 . 0 9 . 2 0 0 9 E n d : 2 8 . 0 9 . 2 0 0 9 D i f f e r e n c e : N o m i n a l V o l t a g e : N o t a t i o n s : 1 9 : 3 0 : 0 0 h r s 0 8 : 5 0 : 0 0 h r s I W O d 1 6 h 5 0 m O s 3 3 0 0 0 . 0 0 V o l t s U L 1 2 : P h a s e V o l t a g e R - Y U L 2 3 : P h a s e V o l t a g e Y - B U L 3 1 : P h a s e V o l t a g e 8 - R A c c o r d i n g t o t h e t i m e p e r i o d m e n t i o n e d a b o v e , r e q u i r e d d a t a h a v e b e e n c o l l e c t e d u s i n g P Q a n a l y z e r . T a b l e 2 . 3 s h o w s t h e v o l t a g e e v e n t s a t K a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t . - 9 - U L 1 2 U L 2 3 U L 3 1 O v e r V o l t a g e Q u a n t i t y 0 0 0 > 3 6 3 0 0 M a x . V a l u e 0 0 0 M a x . D u r a t i o n O . O O O O n s O . O O O O n s O . O O O O n s V o l t a g e D i p s . . Q u a n t i t y 3 4 2 < 2 9 7 0 0 M a x . V a l u e I V r m s 2 3 8 4 2 . 9 0 2 3 9 1 6 . 5 9 2 3 6 3 1 . 2 9 M a x . D u r a t i o n 3 3 8 . 9 0 2 2 m s 3 6 8 . 7 7 4 7 m s 3 4 8 . 8 5 9 8 m s S h o r t I n t e r r u p t i o n s < 1 . 0 0 % V n Q u a n t i t y 0 0 0 < 3 . 0 0 M i n u t e s M a x . D u r a t i o n O . O O O O n s O . O O O O n s O . O O O O n s L o n g I n t e r r u p t i o n s < 1 . 0 0 % V n Q u a n t i t y 0 0 0 > 3 . 0 0 M i n u t e s M a x . D u r a t i o n O . O O O O n s O . O O O O n s O . O O O O n s T a b l e 2 . 3 : V o l t a g e e v e n t s a t i n c o m i n g b u s a t K a n d a n a T r e a t m e n t P l a n t A c c o r d i n g t o t h e m e a s u r e m e n t d a t a a t h o r a n a G S S , n u m b e r o f t o t a l v o l t a g e s a g s a p p e a r e d a t 3 3 k V b u s w e r e 1 3 5 . F u r t h e r m o r e , a l l t h e s a g s w e r e a p p e a r e d a t t h e K a n d a n a t r e a t m e n t p l a n t o n l y 6 2 n o . o f v o l t a g e s a g s c a u s e d t o t r i p t h e t r e a t m e n t p l a n t . D e t a i l s t u d y s h o w s t h a t t h e s e v e r i t y o f o t h e r v o l t a g e s i s o u t s i d e t h e s e t l i m i t a t t h e K a n d a n a t r e a t m e n t p l a n t . F i g u r e 2 . 3 a n d 2 . 4 s h o w t h e C B E M A c u r v e s a t H o r a n a G S S a n d K a n d a n a t r e a t m e n t p l a n t . P o i n t s b e l o w e n v e l o p s w e r e p r e s u m e d t o c a u s e t h e l o a d t o d r o p o u t d u e t o l a c k o f e n e r g y . T h o s e v o l t a g e s a g s w e r e n o t t o l e r a b l e . P o i n t s i n s i d e e n v e l o p w e r e i n a c c e p t a b l e l e v e l . - 1 0 - ~ : : > . . . . . 0 . . " ' ! ! 0 > ~ : : > . . . . . 0 . . " ' ! ! 0 > 3 0 0 - 2 5 0 - 2 0 0 - 1 5 0 - 1 0 0 - 5 0 - o-~ 1 0 0 1 J S I 1 m s • • I 1 0 m s - 3 0 0 - 2 5 0 : x J - 2 0 0 ~ c : " 0 " 0 . . - 1 5 0 C : 3 ; ; ; : .;~ 1 0 0 ; : : ~ ...... . . ~ I 1 0 0 m s D u r a t i o n [ s ) I 1 s . . . . I 1 0 s I 1 m i n - 5 0 - 0 F i g . 2 . 3 : V o l t a g e D i p s w i t h C B E M A c u r v e o v e r l a y f o r 3 3 k V B u s B a r a t H o r a n a G S S 2 5 0 - 2 0 0 - 1 5 0 - 1 0 0 - 5 0 - o - ~ I 1 0 0 1 J S 1 m s I 1 0 m s • ' • I 1 0 0 m s D u r a t i o n [ s ) - 3 0 0 - 2 5 0 : : 0 - 2 0 0 ~ c " 0 " 0 . . - 1 5 0 ; : . 3 " ; : ; : ' . . - 1 0 0 ; : : ~ • • I 1 s I 1 0 s I 1 m i n - 5 0 - 0 F i g . 2 . 4 : V o l t a g e D i p s w i t h C B E M A c u r v e o v e r l a y f o r 3 3 k V B u s B a r a t K a n d a n a W a t e r t r e a t m e n t P l a n t 2 . 7 A n a l y s i s o f D a t a A s p e r t h e s t a n d a r d , i t i s r e q u i r e d t o c o l l e c t s a g d a t a f o r a t l e a s t o n e y e a r t o g e t t h e a c t u a l a s s e s s m e n t o f v o l t a g e s a g p h e n o m e n a a t t h e s i t e . D e f i n i t e m e a s u r e m e n t o f t h e v o l t a g e s a g s f o r o n e y e a r i s n o t p r a c t i c a l l y p o s s i b l e w i t h t h i s p r o j e c t . B u t w i t h a c t u a l m e a s u r e m e n t a n d n u m b e r o f - 1 1 - f e e d e r t r i p p i n g w h i c h a r e l o g g e d f o r l a s t t w e l v e m o n t h s c o u l d b e u s e d t o g e t f a i r l y w e l l a p p r o x i m a t e d i n d e x a b o u t v o l t a g e s a g s f o r t h e s i t e [ 2 1 ] . P e r i o d N o . o f T r i p p i n g s O c t o b e r 2 0 0 8 2 1 N o v e m b e r 2 0 0 8 2 0 D e c e m b e r 2 0 0 8 1 1 J a n u a r y 2 0 0 9 1 3 . . F e b r u a r y 2 0 0 9 2 0 M a r c h 2 0 0 9 3 0 A p r i l 2 0 0 9 2 5 M a y 2 0 0 9 3 3 J u n e 2 0 0 9 1 8 J u l y 2 0 0 9 2 8 A u g u s t 2 0 0 9 1 5 S e p t e m b e r 2 0 0 9 1 1 O c t o b e r 2 0 0 9 2 6 N o v e m b e r 2 0 0 9 3 6 T o t a l 3 0 7 T a b l e 2 . 4 : N o . o f T r i p p i n g a t H o r a n a G S S T h e c a p t u r e d R M S d a t a s h o w s t h a t t h e r e w e r e v a r i o u s s h a p e o f v o l t a g e s a g s a t H o r a n a G S S , c e r t a i n c o m m o n t y p e s a r e i l l u s t r a t e d a b o v e i n F i g u r e 2 . 4 , 2 . 5 a n d 2 . 6 . 2 6 . 0 - 2 4 . 0 - l 2 2 . 0 - 2 0 . 0 - ~ 1 8 . 0 - " ' ~ 1 6 . 0 - 1 4 . 0 - 1 2 . 0 - 1 0 . 0 - 8 . 0 - 6 . 0 - I 5 2 : Q O O I 5 3 : 0 0 0 I 5 3 : 1 0 0 I 5 3 : 2 0 0 S e c o n d : M i I i s e c o n d I 5 3 : 3 0 0 I 5 3 : 4 0 0 F i g . 2 . 5 : V o l t a g e S a g s t a m p e d o n 1 7 . 0 9 . 2 0 0 9 , a t 1 1 : 5 9 : 5 2 : 7 9 9 9 d u e t o s i n g l e p h a s e f a u l t t r i p p i n g o f F e e d e r 4 - H o r a n a G S S - 1 2 - ~ I l l E > ~ " ' E > 2 0 . 0 - 1 9 . 0 - 1 8 . 0 - 1 7 . 0 - 1 1 6 . 0 - 1 5 . 0 - 1 4 . 0 _ I 1 3 . 0 - 1 2 . 0 - I I 5 5 : 8 0 0 5 6 : 0 0 0 I 5 6 : 2 0 0 I 5 6 : 4 0 0 I 5 6 : 6 0 0 S @ c o n d : M i I i s @ c o n d I 5 6 : 8 0 0 I 5 7 : 0 0 0 F i g . 2 . 6 : V o l t a g e S a g s t a m p e d o n 1 6 . 0 9 . 2 0 0 9 , a t 1 4 : 4 7 : 1 2 : 7 5 4 d u e t o t h r e e p h a s e f a u l t t r i p p i n g o f F e e d e r 4 - H o r a n a G S S 1 9 . 1 5 - 1 9 . 0 - ( 1 8 . 5 - 1 8 . 0 - 1 7 . 5 - 1 7 . 0 - 1 ! U 5 - I 0 1 : 3 0 0 I 0 1 : 4 0 0 I 0 1 : 5 0 0 I 0 1 : 6 0 0 S e c o n d : M i l i s e c o n d I 0 1 : 7 0 0 I 0 1 : 8 0 0 F i g . 2 . 7 : V o l t a g e S a g s t a m p e d o n 1 2 . 0 9 . 2 0 0 9 , a t 0 4 : 4 0 : 0 1 : 3 3 0 d u e t o t w o p h a s e f a u l t t r i p p i n g o f F e e d e r 4 - H o r a n a G S S U s i n g L E M Q w a v e P Q A n a l y z e r , l o g g e d a l l n e c e s s a r y p o w e r q u a l i t y d a t a . F o l l o w i n g p o w e r q u a l i t y d a t a w e r e t a k e n a n d a n a l y z e d . ) ; > V o l t a g e V a r i a t i o n 9 5 % o f T o l e r a n c e r a n g e o f t h e v o l t a g e v a r i a t i o n - 1 3 - V m a x - 3 6 3 0 0 V V m i n - 2 9 7 0 0 V A c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s V m a x - 3 3 6 8 0 V V m i n - 3 2 2 7 6 V T h e r e f o r e , a l l v a l u e s o f v o l t a g e s a r e w i t h i n t h e r e q u i r e d t o l e r a n c e r a n g e . ~ H a r m o n i c s W h e n c o n s i d e r i n g t h e h a r m o n i c r e s u l t s o f t h e d a t a , a m i n i m u m o f 9 5 % o f a l l v a l u e s o f t h e T H D a r e w i t h i n t h e t o l e r a n c e r a n g e . ~ V o l t a g e U n b a l a n c e R e q u i r e d V o l t a g e u n b a l a n c e t o l e r a n c e i s 2 % 9 5 % o f v a l u e o f v o l t a g e u n b a l a n c e s - 0 . 2 1 % M a x i m u m V a l u e - 0 . 5 6 % . . 1 0 0 % o f a l l v a l u e s a r e w i t h i n t h e t o l e r a n c e r a n g e ~ L o n g T e r m F l i c k e r R e q u i r e d t o l e r a n c e i s P l t < 1 . 0 0 P i t T h e l o n g - t e r m f l i c k e r s e v e r i t y l e v e l a s d e f i n e d b y I E C 6 1 0 0 0 - 4 - 1 5 , b a s e d o n a n o b s e r v a t i o n p e r i o d o f 2 h [ 1 ] . A c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s 9 5 % o f V a l u e 0 . 9 6 8 3 0 . 9 6 0 8 0 . 8 4 2 4 M a x . V a l u e 3 . 0 4 7 2 4 . 5 6 6 9 3 . 1 3 0 2 A p p e a r e d a t 1 3 I 9 1 2 0 0 9 2 3 : 2 0 1 3 I 9 1 2 0 0 9 2 3 : 2 0 2 I 9 I 2 0 0 9 1 8 : 1 0 9 5 % o f v a l u e s a r e w i t h i n t h e t o l e r a n c e r a n g e . T h e r e f o r e f l i c k e r i s n o t a d o m i n a n t p o w e r q u a l i t y p r o b l e m i n H o r a n a G S S . C o n s i d e r i n g t h e v o l t a g e s a g d a t a i n t a b l e 2 . 2 , t h e m o s t d o m i n a n t p o w e r q u a l i t y p r o b l e m i s v o l t a g e s a g . N o o t h e r s i g n i f i c a n t p o w e r q u a l i t y p r o b l e m a p p e a r i n g a t t h e K a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t . - 1 4 - C h a p t e r 3 V o l t a g e S a g s a n d t h e i r I m p a c t s 3 . 1 B a c k g r o u n d S a g i s a v o l t a g e d e c r e a s e i n r m s v o l t a g e b e t w e e n 0 . 1 a n d 0 . 9 p u a t t h e p o w e r f r e q u e n c y f o r d u r a t i o n s f r o m 0 . 5 c y c l e t o 1 m i n [ 1 ] . T h e p o w e r q u a l i t y c o m m u n i t y h a s u s e d t h e t e r m s a g f o r m a n y y e a r s t o d e s c r i b e a s h o r t - d u r a t i o n \ O l t a g e d e c r e a s e . A l t h o u g h t h e t e r m h a s n o t b e e n f o r m a l l y d e f i n e d . i t h a s b e e n i n c r e a s i n g l y a c c e p t e d a n d u s e d b y u t i l i t i e s . m a n u f a c t u r e r s . a n d e n d u s e r s . T h e I E C d e f i n i t i o n f o r t h i s p h e n o m e n o n i s d i p . T h e t w o t e r m s a r e c o n s i d e r e d i n t e r c h a n g e a b l e . w i t h s a g b e i n g t h e p r e f e r r e d s y n o n y m i n t h e U . S . p o w e r q u a l i t y c o m m u n i t y . T e r m i n o l o g y u s e d t o d e s c r i b e t h e m a g n i t u d e o f v o l t a g e s a g i s o f t e n c o n f u s i n g . A · ' 2 0 p e r c e n t s a g · · c a n r e f e r t o a s a g w h i c h r e s u l t s i n a v o l t a g e o f 0 . 8 o r 0 . 2 p u . T h e p r e f e r r e d t e r m i n o l o g y w o u l d b e o n e t h a t l e a v e s n o d o u b t a s t o t h e r e s u l t i n g v o l t a g e l e v e l : ' · s a g t o 0 . 8 p u ' ' o r ' · a s a g \ \ h o s e m a g n i t u d e w a s 2 0 p e r c e n t . ' ' W h e n n o t s p e c i f i e d o t h e r w i s e , a 2 0 p e r c e n t s a g w i l l b e c o n s i d e r e d a n e v e n t d u r i n g w h i c h t h e r m s v o l t a g e d e c r e a s e d b y 2 0 p e r c e n t t o 0 . 8 p u . T h e n o m i n a l , o r b a s e , v o l t a g e l e v e l s h o u l d a l s o b e s p e c i f i e d . V o l t a g e s a g s a r e u s u a l l y a s s o c i a t e d w i t h s y s t e m f a u l t s b u t c a n a l s o b e c a u s e d b y e n e r g i z i n g o f h e e l \ y l o a d s o r s t a r t i n g o f l a r g e m o t o r s . 8 0 p e r c e n t s a g e x i s t s f o r a b o u t 3 c y c l e s u n t i l t h e s u b s t a t i o n b r e a k e r i s a b l e t o i n t e r r u p t t h e f a u l t c u r r e n t . T y p i c a l f a u l t c l e a r i n g t i m e s r a n g e f r o m 3 t c 1 .~0 c y c l e s . d e p e n d i n g o n t h e f a u l t c u r r e n t m a g n i t u d e a n d t h e t y p e o f o v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n [ I I - 1 5 - --~ T y p i c a l D u r a t i o n I T y p i c a l V o l t a g e I I C a t e g o r i e s T y p i c a l S p e c t r a l I C o n t e x t ~ M a g n i t u d e I ~~-ansients r - - - -~ - - - - " - - - - ---~---------- 1 . 1 I m p u l s i v e ---~------ 1 . 1 . 1 N a n o s e c o n d 5 n s r i s e < 5 0 n s 1 . 1 . 2 M i c r o s e c o n d 1 f . ! S r i s e 5 0 n s - 1 m s I 1 . 1 . 3 M i l l i s e c o n d 0 . 1 m s r i s e > 1 m s 1 I . 2 O s c i l l a t o r y 1 . 2 . 1 L o w F r e q u e n c y < 5 k H z 0 . 3 - 5 0 m s 0 - 4 p u L 1 . 2 . 2 M e d i u m F r e q u e n c y 5 - 5 0 0 k H z 2 0 f . ! S 0 - 8 p u I 1 . 2 . 3 H i g h F r e q u e n c y 0 . 5 - 5 M H z 5 ~LS 0 - 4 p u ~~- 1 2 . 0 S h o r t D u r a t i o n V a r i a t i o n s + 2 . I I n s t a n t a n e o u s - - I 2 . 1 . 1 I n t e r r u p t i o n 0 . 5 - 3 0 c y c l e s < 0 . 1 p u I 2 . 1 . 2 S a g 0 . 5 - 3 0 c y c l e s 0 . 1 - 0 . 9 p u I 2 . 1 . 3 S w e l l 0 . 5 - 3 0 c y c l e s 1 . 1 - 1 . 8 p u 2 . 2 M o m e n t a r y I 2 . 2 . 1 I n t e r r u p t i o n 3 0 c y c l e s - 3 s < 0 . 1 p u i 2 . 2 . 2 S a g 3 0 c y c l e s - 3 s 0 . 1 - 0 . 9 p u 2 . 2 . 3 S w e l l 3 0 c y c l e s - 3 s 1 . 1 - 1 . 4 p u 1 2 . 3 T e m p o r a r y 2 . 3 . 1 I n t e r r u p t i o n 3 s - 1 m i n < 0 . 1 p u I 2 . 3 . 2 S a g 3 s - 1 m i n 0 . 1 - 0 . 9 p u I 2 . 3 . 3 S w e l l 3 s - 1 m i n 1 . 1 - 1 . 2 p u I 3 . 0 L o n g D u r a t i o n V a r i a t i o n s 3 . 1 I n t e r r u p t i o n , s u s t a i n e d > 1 m i n 0 . 0 p u I 3 . 2 U n d e r v o l t a g e > 1 m i n I 0 . 8 - 0 . 9 p u 1 3 . 3 O v e r v o l t a g e > 1 m i n 1 . 1 - 1 . 2 p u 1 - 1 . 0 V o l t a g e I m b a l a n c e S t e a d y S t a t e I 0 . 5 - 2 % 5 . 0 W a v e f o r m D i s t o r t i o n I o - o.io/~-~ 5 . 1 D C O f f s e t S t e a d y S t a t e I ~5.2 H a r m o n i c s 0 - 1 0 0 m H S t e a d y S t a t e 0 - 2 0 % I 5 . 3 I n t e r h a r m o n i c s 0 - 6 k H z S t e a d y S t a t e ~~~-------1 0 - 2 % . 5 . - 1 N o t c h i n g S t e a d y S t a t e I ~ 5 . 5 N o i s e B r o a d - B a n d S t e a d y S t a t e 0 - 1 % - . 6 . 0 V o l t a g e F l u c t u a t i o n s < 2 5 H z I n t e r m i t t e n t 0 . 1 - 7 % L _ z . o P o w e r F r e q u e n c y V a r i a t i o n s < 1 0 s T a b l e 3 . 1 : C a t e g o r i e s a n d T y p i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f p o w e r s y s t e m e l e c t r o m a g n e t i c p h e n o m e n a [ 1 ] . - 1 6 - F i g u r e 3 . 1 s h o w s t h e 6 0 % o f v o l t a g e s a g a n d f i g u r e 3 . 2 s h o w s t h e 6 0 % o f r m s v o l t a g e . 3 0 0 , . . - - , - - - - - - , - - - - - , - - . , - - - - , - - - - - , - - - - - - , - - - - , = 1~11) I ' 0 0 l • : . . . J ~L r ) ; l , ) > . ] 0 0 z o e I ) 2 2 0 2 4 1 ) 2 6 0 2 8 0 3 I ) 3 2 0 3 4 0 3 6 T 1 m e ( S e c ) F i g . 3 . 1 : V o l t a g e S a g t o 6 0 % ' " j - - l • : • J . ( ) . ' I , , 1 \ ( ' · : . . J 2 0 2 2 0 2 4 0 2 6 o 2 s o~ 0 3 2 0 3 4 0 3 6 T u n e ( : : : > e c ) F i g . 3 . 2 : V o l t a g e S a g t o 6 0 % ( R M S V a l u e ) 3 . 2 V o l t a g e S a g S t a n d a r d s T h t r l ' i s a d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e d e s c r i p t i o n o f t h e v o l t a g e s a g a s g i v e n b y t h e I E E E a n d I E C s t a n d a r d s . T h L ' I E C s t a n d a r d d e s c r i b e s v o l t a g e s a g a s a s u d d e n r e d u c t i o n o f t h e v o l t a g e a t a p o i n t i n t h e e l e c t r i c a l s y s t e m , f o l l o w e d b y a v o l t a g e r e c o v e r y a f t e r a s h o r t p e r i o d o f t i m e . f r o m 0 . 5 c y c l e s t o a f e , , - ; c c o n d s . T h e a m p l i t u d e o f v o l t a g e s a g b e i n g t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e v o l t a g e s d u r i n g s a g a n d t h e n o m i n a l v o l t a g e o f t h e s y s t e m , e x p r e s s e d a s a p e r c e n t a g e o f n o m i n a l v o l t a g e . - 1 7 - T h e I E E E s t a n d a r d d e s c r i b e s v o l t a g e s a g a s a d e c r e a s e t o b e t w e e n 0 . 1 t o 0 . 9 p u i n n n s v o l t a g e ( o r c u r r e n t ) a t p o w e r f r e q u e n c y , f o r t h e d u r a t i o n o f 0 . 5 c y c l e t o 1 m i n u t e . T h e v o l t a g e s a g s t a n d a r d s p r e s c r i b e d i n t a b l e 3 . 2 h a v e t o b e u s e d w i t h r e s t r i c t i o n s . T h e r e a r e n o l i m i t s t a n d a r d s r e l a t e d t o t h e v o l t a g e s a g i n t h e u t i l i t y e l e c t r i c a l s y s t e m s , t h o u g h t h e I E C s t a n d a r d 1 0 0 0 - 2 - 2 t i t l e m i g h t l e a d o n e t o t h i n k t h a t i t e s t a b l i s h e s t h e s a m e . O r i e n t a t i o n v a l u e s a p p l i e d t o i n d u s t r i a l a n d c o m m e r c i a l s y s t e m s a r e s h o w n i n t h e I E C S t a n d a r d 1 0 0 0 - 2 - 4 , a n d m o s t d o c u m e n t s p r e s e n t c r i t e r i a t o v o l t a g e s a g e v a l u a t i o n a n d r e f e r e n c e l i m i t s f o r s e n s i t i v e e q u i p m e n t . 3 . 2 . 1 T h e I E E E a n d I E C V o l t a g e S a g S t a n d a r d s S t a n d a r d A r e a o f A p p l i c a b i l i t y I E E E p 1 3 4 6 G e n e r a l E l e c t r i c a l S y s t e m S u b j e c t G u i d e a n d m e t h o d o l o g y t o V o l t a g e S a g E v a l u a t i o n I n d u s t r i a l & C o m m e r c i a l ] C r i t e r i a t o R e l i a b i l i t y I S y s t e m 1 E v a l u a t i o n ~ I E E E 4 9 3 l i E E E 4 4 6 I n d u s t r i a l & C o m m e r c i a l R a n g e o f S e n s i b i l i t y L o a d s 1 ! S y s t e m ( C B E M A ) 1 I E E E 1 1 5 9 G e n e r a l P o w e r S y s t e m V o l t a g e S a g D e f i n i t i o n s & 1 M o n i t o r i n g I E E E 1 1 0 0 G e n e r a l P o w e r S y s t e m V o l t a g e S a g M o n i t o r i n g I E E E 1 2 5 0 E q u i p m e n t G u i d e t o E l e c t r o n i c I ' E q u i p m e n t I E C I 0 0 0 - 2 - 2 U t i l i t y P o w e r S y s t e m - J I E C 1 0 0 0 - 2 - 4 I n d u s t r i a l & C o m m e r c i a l L i m i t s o f C o m p a t i b i l i t y 1 l ' PowcrSy~em j I I E C 1 0 0 0 - 4 - 1 1 E q u i p m e n t I m m u n i t y T e s t s _ j T a b l e 3 . 2 : V o l t a g e s a g s t a n d a r d s I E E E ( I n s t i t u t e o f E l e c t r i c a l a n d E l e c t r o n i c s E n g i n e e r s ) S t a n d a r d s I E E E 1 1 5 9 : M o n i t o r i n g E l e c t r i c P o w e r Q u a l i t y I E E E 1 5 6 4 : V o l t a g e s a g i n d i c e s I E E E 1 1 0 0 : P o w e r a n d g r o u n d i n g e l e c t r o n i c e q u i p m e n t I E E E 1 4 3 3 : P o w e r q u a l i t y d e f i n i t i o n s I E E E 1 4 5 3 : V o l t a g e F l i c k e r I E E E 5 1 9 : H a r m o n i c c o n t r o l i n e l e c t r i c p o w e r s y s t e m I E E E 5 1 9 A : G u i d e f o r a p p l y i n g h a r m o n i c l i m i t s o n p o w e r s y s t e m I E E E 4 4 6 : E m e r g e n c y a n d s t a n d b y p o w e r - 1 8 - I E E E 1 4 0 9 : D i s t r i b u t i o n C u s t o m P o w e r I E E E 1 5 4 7 : D i s t r i b u t e d r e s o u r c e s a n d e l e c t r i c p o w e r s y s t e m I n t e r c o n n e c t i o n s I E C ( I n t e r n a t i o n a l E l e c t r o t e c h n i c a l C o m m i s s i o n ) S t a n d a r d s P a r t I I E C 6 1 0 0 - 1 : F u n d a m e n t a l p r i n c i p l e s a n d d e f i n i t i o n s P a r t 2 I E C 6 1 0 0 - 2 : D e s c r i p t i o n a n d C l a s s i f i c a t i o n o f t h e E l e c t r o - M a g n e t i c E n v i r o n m e n t a n d c o m p a t i b i l i t y l e v e l s P a r t 3 I E C 6 1 0 0 - 3 : E m i s s i o n a n d i m m u n i t y l i m i t s P a r t 4 I E C 6 1 0 0 - 4 : T e s t i n g a n d M e a s u r e m e n t s T e c h n i q u e s P a r t 5 I E C 6 1 0 0 - 5 : I n s t a l l a t i o n a n d m i t i g a t i o n g u i d e l i n e s . 3 . 2 . 2 V o l t a g e M a g n i t u d e E v e n t s ( I E E E D e f i n i t i o n s ) I E E E d e f i n i t i o n c a n i l l u s t r a t e a s f o l l o w s . s w e l l o v e r v o l t a g e 110°/or---~------------------------------1------------------------------ n o f n 1 a l o p e l d t i n o v o l t C : H ] e 90~ol---r-----------------------------y---------------------------- v o l t a g e s a g u n d e r v o l t a g e 1 0 ° / o 1 1 " r 1 , < • 1 ' - t . 1 1 '~ I t 1 • 1 1 ' ' • 1 , 1 1 · . , · . , ; , t , j j j t • t ! l i l l , • i l d [ l t l t i l 0 . 5 c y c l e 3 s e c 1 n 1 1 r 1 I v t > t l l o i t l i < l t l • l l t F i g . 3 . 3 : V o l t a g e M a g n i t u d e E v e n t s 3 . 3 C a u s e o f v o l t a g e s a g s a n d t h e i r i m p a c t s V o l t a g e s a g s a r e u s u a l l y a s s o c i a t e d w i t h s y s t e m f a u l t s b u t c a n a l s o b e c a u s e d b y s w i t c h i n g o f n c a v y l o a d s o r s t a r t i n g o f l a r g e m o t o r s . V o l t a g e s a g s a r e a l s o a s s o c i a t e d w i t h a s i n g l e l i n e - t o - ~round ( S L G ) f a u l t . A l s o , a f a u l t o n a p a r a l l e l f e e d e r c i r c u i t w i l l r e s u l t i n a v o l t a g e d r o p a t t h e ~ubstation b u s t h a t a f f e c t s a l l o f t h e o t h e r f e e d e r s u n t i l t h e f a u l t i s c l e a r e d . T y p i c a l f a u l t c l e a r i n g t 1 m e s r a n g e f r o m 3 t o 3 0 c y c l e s . d e p e n d i n g o n t h e f a u l t c u r r e n t m a g n i t u d e a n d t h e t y p e o f o v e r ~ u r r e n t d e t e c t i o n a n d i n t e r r u p t i o n . - 1 9 - 9~550 V o l t a g e s a g s c a n a l s o b e c a u s e d b y l a r g e l o a d c h a n g e s o r m o t o r s t a r t i n g . A n i n d u c t i o n m o t o r w i l l d r a \ \ s i x t o t e n t i m e s i t s f u l l l o a d c u r r e n t d u r i n g s t a r t i n g . T h i s l a g g i n g c u r r e n t c a u s e s a v o l t a g e d r o p a c r o s s t h e i m p e d a n c e o f t h e s y s t e m . I f t h e c u r r e n t m a g n i t u d e i s l a r g e r e l a t i v e t o t h e s y s t e m a v a i l a b l e f a u l t c u r r e n t , t h e r e s u l t i n g v o l t a g e s a g c a n b e s i g n i f i c a n t [ 1 4 ] . S o m e t y p e s o f f a u l t s o n t h e p o w e r s y s t e m c a u s e v o l t a g e s a g s . T h e s e f a u l t s a r e t y p i c a l l y c a u s e d b : t h e f o l l o w i n g . • L i g h t n i n g S t r i k e s • T r e e o r A n i m a l c o n t a c t . \ V h e n s a g o c c u r s . e q u i p m e n t c o n n e c t e d t o t h e p o w e r s y s t e m c a n m i s o p c r a t e o r e v e n f a i l . W h e n t h i s e q u i p m e n t f a i l s , i t c a n a f f e c t t h e s a f e t y a n d t h e p r o d u c t i o n o f f a c i l i t y r e l a t e d e q u i p m e n t . [ 1 5 J T h e e v e r i n c r e a s i n g p e n e t r a t i o n o f a u t o m a t i o n i n i n d u s t r i a l e n d - u s e d r a m a t i c a l l y i n c r e a s e s p r o d u c t i o n p r o c e s s e s s u s c e p t i b i l i t y t o v o l t a g e s a g p r o b l e m s . T h e p r o l i f e r a t i o n o f v o l t a g e s e n s i t i v e e q u i p m e n t h a s m a d e i n d u s t r i a l p r o c e s s e s m o r e v u l n e r a b l e t o s u p p l y v o l t a g e d e v i a t i o n s . S u c h v o l t a g e d e v i a t i o n s . c o m m o n l y i n t h e f o r m o f v o l t a g e s a g s , c a n c a u s e s e v e r e p r o c e s s d i s r u p t i o n s a n d r e s u l t i n s u b s t a n t i a l p r o d u c t i o n l o s s [ 1 3 l A m o m e n t a r y i n t e r r u p t i o n o f p o w e r d u r i n g a c r i t i c a l s t a g e c a n b e d i s a s t r o u s , c o l l a p s i n g a n d c o n t a m i n a t i n g t h e c r i t i c a l e n v i r o n m e n t s u r r o u n d i n g t h e p r o d u c t . r e s u l t i n g i n m a t e r i a l l o s s e s i n t h e t e n s o f t h o u s a n d s o f d o l l a r s a n d r e q u i r i n g a n o t h e r s e v e r a l t h o u s a n d d o l l a r s i n r e c o v e r y t i m e a n d e f T o r t . R e c o v e r y t i m e s o f 1 - 3 h w e r e r e q u i r e d f o r v o l t a g e s a g o f l e s s t h a n 3 0 0 m s . S h o r t - d u r a t i o n p o w e r d i s t u r b a n c e s . s u c h a s v o l t a g e s a g s , s w e l l s a n d s h o r t i n t e r r u p t i o n s . a r c m a j o r c o n c e r n s f o r i n d u s t r i a l c u s t o m e r s . D u e t o t h e w i d e u s a g e o f s e n s i t i v e e l e c t r o n i c e q u i p m e n t i n p r o c e s s a u t o m a t i o n . e v e n v o l t a g e s a g s w h i c h l a s t f o r o n l y f e w t e n t h s o f a s e c o n d m a y c a u s e p r o d u c t i o n s t o p s w i t h c o n s i d e r a b l e a s s o c i a t e d c o s t s ; t h e s e c o s t s i n c l u d e p r o d u c t i o n l o s s e s . e q u i p m e n t r e s t a r t i n g . d a m a g e d o r l o w e r - q u a l i t y p r o d u c t a n d r e d u c e d c u s t o m e r s a t i s f a c t i o n . [ 1 5 ] f o l l o w i n g g r a p h i l l u s t r a t e s t h a t d i f f e r e n t t y p e o f f a u l t s c a u s e s d i f f e r e n t v o l t a g e s a g s . - 2 0 - :oo~~i S Q i i / c 1 i : : : ; 1 " 0 ~ . . . . . . > a / - - . . . \ ~Qii/ct, ; · · - . . . . . . . - 0 ' ' 0 : ) . _ _ _ _ _ _ + - - - - - - - + - - - - - - - - - - - - - - - - 0 . 1 s 1 s D u r a t i o n F i g . 3 . 4 : D i f f e r e n t t y p e s o f f a u l t s 3 . 4 V o l t a g e S a g P r o p a g a t i o n P r o p a g a t i o n o f v o l t a g e s a g s d e p e n d o n t h e p a t h a n d t h e d e v i c e s i n t h a t p a t h . V o l t a g e s a g p r o p a g a t e s f r o m o n e v o l t a g e l e v e l t o a n o t h e r t h r o u g h a t r a n s f o r m e r . T h u s w i n d i n g a r r a n g e m e n t o f t h e t r a n s f o r m e r p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n p r o p a g a t i n g v o l t a g e s a g . V o l t a g e s a g o r i g i n a t e d i n t r a n s m i s s i o n s y s t e m p r o p a g a t e s t o l o n g e r d i s t a n c e t h a n t h a t i s o r i g i n a t e d i n D i s t . s y s t e m . T h u s f o r a f a u l t o n a 2 2 0 k V t r a n s m i s s i o n l i n e . v o l t a g e s a g s e v e r a l k i l o m e t e r s . m a y a f f e c t s e n s i t i v e e q u i p m e n t u p t o , _ - - + - P b > S e ; , - - . - i ' ' c , a s e E - t t - P h a s e C , J 1 5 ' 1 - - + - P h a s e A - - . - . P h a s e B - - - - P h a s e C ~ 0 \ t \ r y \ 0 / \ ' l 1 \ 1 \ 0 / ' t 1 0 f I J lei~ , I \ , J ~· ~ ~ · • . . / 1 1 1 , 1 1 1 r , o 1 1 D , i ~ ~ t . i i r \ ! \ ' 1 i 1 / l r \ 1 ' / I I 1 ' 1 / \ / ~ \ r \ 0 \ ~ . . : ' } \ { , I I \ I j , f ~ I ' ~ ' I f I ' . J f ' • v , / ' N 1 } 1 v \ l ; \ 4 \ l , k . : \ , \ I I \ } ' V \ I 1 \ I \ I ) \ l , \ ) \ I I , / , \ I ! \ I : I \ I \ I \ I ' - ' . , 1 ' J \ , 1 1 ; \ , ) J • J V \ J J I , J \ ; v I \ . . / ~I y ! ' , , j ! \ _ l - 1 o r l J ~~= 0 . 0 4 i ) 1 ) 6 0 0 3 G l 0 1 2 J - , _ 1 0 0 2 0 0 4 0 0 6 1 ) 0 8 0 1 0 : 2 T 1 m e ( s e c l ' : ' 1 m e ( s e c ) - - F i g . 3 . 5 : P r i m a r y v o l t a g e ( Y / . 1 1 ) F i g . 3 . 6 : S e c o n d a r y v o l t a g e ( Y I . ! 1 ) - 2 1 - 3 . 5 V o l t a g e s a g c a l c u l a t i o n 3 . 5 . 1 B a l a n c e v o l t a g e S a g B a l a n c e d v o l t a g e s a g s m a i n l y o r i g i n a t e f r o m t h r e e p h a s e f a u l t s . T h e s u s t a i n e d v o l t a g e s s e n s e d a t t h e s o u r c e s i d e a r e b a l a n c e d b u t t h e p o s t - f a u l t v o l t a g e s a r e l i k e l y t o b e n o t i n p h a s e w i t h t h e i r p r e - f a u l t q u a n t i t i e s [ 1 5 ] . Z s U p s t r e a m t r a n s m i s s i o n & G e n e r a t i o n s y s t e m Z t - V s a g F i g . 3 . 7 : V o l t a g e d i v i d e r m o d e l t o a n a l y z e b a l a n c e v o l t a g e s a g s W e c a n w r i t e a e x p r e s s i o n f o r v o l t a g e s a g , u s i n g f i g u r e 3 . 7 E * Z f \ a a = Z + Z f b s ( 3 . 0 1 ) E * z l v z + z l s a g s ( 3 . 0 2 ) W h e r e Z r = z * 1 P h a s e A n g l e 8 c a n b e w r i t t e n a s f o l l o w s . 8 = = T a n - 1 [~]-Tan - 1 I x f + x s ] r f l r f + r s ( 3 . 0 3 ) W h e r e Z s i s c a l c u l a t e d b a s e d o n t h e f a u l t l e v e l a t t h e 3 3 k V b u s . \ \ ' h e r e z - I m p e d a n c e o f t h e c o n d u c t o r , 0 / k m - L e n g t h o f t h e t r a n s m i s s i o n l i n e , k m 1 , - F a u l t c u r r e n t - 2 2 - F 3 . 5 . 2 U n b a l a n c e V o l t a g e s a g U n b a l a n c e d v o l t a g e s a g s a r e c a u s e d b y e i t h e r s i n g l e p h a s e t o g r o u n d f a u l t o r t w o p h a s e f a u l t s o r t h e c o m b i n a t i o n s o f t h e s e f a u l t s . V o l t a g e c h a r a c t e r i s t i c s d u r i n g t y p i c a l f a u l t c o n d i t i o n s a r c a n a l y z e d . I t i s a s s u m e d t h a t t h e p o s i t i v e a n d n e g a t i v e p h a s e s e q u e n c e s o u r c e i m p e d a n c e i s e q u a l . r t 1 ~ r t 1 < = = - r m j X t 1 j X m ; - V 1 V z V o r s 1 f r s 1 r s o J X s 1 j X s 1 I j X s o E 1 F i g . 3 . 8 : V o l t a g e d i v i d e r m o d e l t o a n a l y z e u n b a l a n c e v o l t a g e s a g s T a k i n g P o s i t i v e , N e g a t i v e a n d Z e r o s e q u e n c e v o l t a g e s f o r t h e a b o v e c i r c u i t , V I = E 1 - [ ( r s l + r n ) + j ( x s l + x n ) J l l ( 3 . 0 5 ) ~ = - [ ( r s 2 + r r 2 ) + j ( x s 2 + X r 2 ) ] 1 , ( 3 . 0 6 ) ~~ = - [ ( r s o + r r o ) + j ( x s o + X r o ) J l o ( 3 . 0 7 ) I I I ; l ( r s J + r s 2 + r s o + r n + r , 2 + r r o ) + j (~I +~2 +~o + X n +~2 +~n)J B u t . l 1 = b = l o - 2 3 - C a l c u l a t i n g p o s i t i v e s e q u e n c e v o l t a g e s a g V p e e l v p c l l = V I + I I ( f r l + j x f l ) V r c c l =E~-I~(rsl + r r l ) C a l c u l a t i n g N e g a t i v e s e q u e n c e v o l t a g e s a g Y p e e 2 v r c . : = v 2 + I I ( r r 2 + j x f 2 ) V p c c ' = - I I ( r s : z + j x s 2 ) C a l c u l a t i n g z e r o s e q u e n c e v o l t a g e s a g Y p e c o V r c c l l = - l o ( r , o + j x s o ) T o t a l V o l t a g e S a g Y s a g v '-,(l~ = V + V + V p e e l p c c 2 p c c O ( 3 . 0 8 ) V = E 1 [ ( 2 r r 1 + f r o ) + j ( 2 x n + X r o ) " w [ ( 2 f 5 l + 2 r f l + f 5 0 + f n J + j 2 X 5 I + 2 X f l + X 5 0 + X r o ) V = _ _ E _ : _ I _ _ [ 2 _ Z - ' - r - ' - - l _ + _ Z . . . : . . : c r o c _ : : _ ] _ ' · ' " [ ! Z 2 Z Z Z ] . - " s I + ~n + s O + r o ( 3 . 0 9 ) 3 . 5 . 3 C a l c u l a t i o n o f S o u r c e I m p e d a n c e F a u l t c u r r e n t o f t h e 3 3 k V B u s a t I - l o r a n a G S S i s 9 . 2 k A [ 2 7 J . S o u r c e I m p e d a n c e Z s = l . ' ' 0 j \ · - ~ \ ~ - : ) ' - · < ~- Z s = 2 . 0 7 0 9 3 0 - 2 4 - F o r P o s i t i v e S e q u e n c e R e s i s t a n c e R = 0 . 3 5 8 Q / k m R e a c t a n c e X = 2 . 0 4 Q / k m F o r / c r o S e q u e n c e R e s i s t a n c e R o = R + 3 ~ 0 nf/4 Q / k m R e a c t a n c e X 0 = f l o . f . l [ 3 l n { V 6 l + _ ! _ l l ' r ( G M D ) 2 4 J l . 8 5 \ \ h e r e c ' 5 = ~/ p - \ f j l 0 { 1 ) I < i = 0 . 0 2 7 8 m m 2 h n T h e n R 1 1 = 1 . 0 7 5 Q / k m X o = 6 . 1 2 Q / k m 3 . 6 S y n e r G E E S o f t w a r e ( 3 . 1 0 ) S y n e r G E E ® E l e c t r i c i s a s o f t w a r e p a c k a g e d e v e l o p e d b y A d v a n t i c a S t o n e r d e s i g n e d f o r s i m u l a t i o n . a n a l y s i s . a n d p l a n n i n g o f p o w e r d i s t r i b u t i o n f e e d e r s . n e t w o r k s . a n d s u b s t a t i o n s . T h e p a c k a g e i s a m o d u l a r c o l l e c t i o n o f t o o l s b u i l t o n a b y - p h a s e s i m u l a t i o n e n g i n e . T h e s i m u l a t i o n e n g i n e i s b a s e d o n a n o b j e c t - o r i e n t e d d e s i g n c o n s i s t i n g o f h i g h l y d e t a i l e d m o d e l s f o r p o w e r s y s t e m d e v i c e s s u c h a s l i n e s . t r a n s f o r m e r b a n k s . r e g u l a t o r b a n k s . s w i t c h e d c a p a c i t o r s . a c t i v e g e n e r a t o r s , a n d o t h e r s . T h e m o d e l s f o r t h e s e d e v i c e s a r e b u i l t t o r e f l e c t t h e a c t u a l c o n s t r u c t i o n o f r e a l p o w e r s y s t e m e q u i p m e n t . L i k e w i s e . t h e u s a b i l i t y a n d c a p a b i l i t y o f S y n e r G E E d e m o n s t r a t e t h e l e v e l o f c o m m i t m e n t i n v o l v e d i n p r o d u c i n g q u a l i t y a n a l y s i s s o f t w a r e . U s i n g S y n e r G E E s o f t w a r e , l o a d D o w s i m u l a t i o n w a s d o n e f o r h o r a n a G S S . B y c r e a t i n g t h e f a u l t s a t d i t l e r e n t l o c a t i o n s o f t h e n e t w o r k a n d t a k i n g t h e v o l t a g e s a t d i f f e r e n t l o c a t i o n u s i n g S y n e r g y - 2 5 - s o l h \ a r e . t h e v o l t a g e s w e r e c o m p a r e d w i t h t h o s e u n d e r n o r m a l c o n d i t i o n s . T h e n f o l l o w i n g r e s u l t s w e r e o b t a i n e d . l o · · - - 1 t s t a G S S I ' - - - - ~­ ~-- ~ C _ - t e e F r o m k m 1 - - - - 2 . . . , - ' 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 - - - - I - - 3 P h a s e L i n e t o G r o u n d % V o l t D r o p @ 3 % V o l t D r o p @ L i n e t o F a u l t I A F a u l t I A P h a s e F a u l t G r o u n d F a u l t 7 7 7 0 4 4 8 6 8 2 . 6 2 7 . 1 l 6 4 3 6 3 6 8 3 6 5 . 7 2 2 . 1 5 4 4 5 3 1 1 4 5 4 . 0 1 8 . 6 ~ 4 7 3 8 2 7 1 6 4 6 . 0 1 6 . 1 I 4 1 8 1 2 4 0 4 4 0 . 0 1 4 . 2 - 3 7 2 5 2 1 5 0 3 5 . 2 1 2 . 6 I 3 3 6 5 1 9 4 8 3 1 . 4 1 1 . 4 I 2 9 7 2 1 7 5 5 2 7 . 9 1 0 . 3 _ j 2 5 7 1 1 5 7 6 2 2 . 0 9 . 0 I 2 1 9 7 1 3 9 9 I 1 7 . 8 7 . 8 I 2 1 5 8 1 3 4 6 1 8 . 0 7 . 6 I 2 0 2 9 1 2 6 4 1 6 . 9 7 . 1 ! 1 9 1 1 1 1 8 9 1 5 . 9 6 . 7 --~ J 1 6 3 9 1 0 7 5 1 2 . 7 5 . 9 -~ 1 7 1 4 1 0 6 5 1 4 . 3 6 . 0 T a b l e 3 . 3 : R e s u l t s f r o m S y n e r G E E s o f t w a r e D i s a n c e f r o m G S S I % o f V o l t D r o p w i t h o u t f a u l t % o f V o l t D r o p w i t h ~ ~-- ~ I e - - - - 1 I e - - - L _ - f : I l _ k m 1 2 . . . , . ) 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 f a u l t 0 . 1 8 2 . 6 0 . 3 6 5 . 7 = - 0 . 5 5 4 . 0 0 . 7 4 6 . 0 0 . 9 4 0 . 0 1 . 1 3 5 . 2 1 . 3 3 1 . 4 1 . 5 2 7 . 9 1 . 8 2 2 . 0 I 2 . 0 1 7 . 8 2 . 1 1 8 . 0 2 . 2 1 6 . 9 2 . 2 1 5 . 9 2 . 3 1 2 . 7 2 . 4 1 4 . 3 - I T a b l e 3 . 4 : V o l t a g e c o m p a r i s o n u s i n g S y n e r G E E s o f t w a r e - 2 6 - 3 . 7 E v a l u a t i o n o f V o l t a g e S a g T h e u t i l i t i e s p l a y a k e y r o l e i n t h e q u a l i t y o f s u p p l y , t h o u g h i t i s a l s o a f f e c t e d b y o t h e r f a c t o r s s u c h a s t h e u s e r ' s o p e r a t i n g c o n d i t i o n s , t h e a p p a r a t u s , t h e c u s t o m e r ' s i n d u s t r i a l p l a n t s a n d t h e l i m i t s s e t b y t h e S t a n d a r d A u t h o r i t i e s . U t i l i t i e s m u s t h a v e t h e P Q e v a l u a t i o n a n d m a n a g e m e n t p r o c e s s . T h e m a i n r o l e i s r e p r e s e n t e d b y . . t h e m o n i t o r i n g a c t i v i t y , w h i c h c o n s i s t s i n t h e c o l l e c t i o n o f d a t a t a k e n f r o m t h e n e t w o r k a n d f r o m t h e u s e r s . T h e n u t i l i t i e s c a n e v a l u a t e t h e i r q u a l i t y o f s u p p l y s u c h a s v o l t a g e s a g s w i t h u s e o f c o l l e c t e d d a t a [ 1 7 ] . 3 . 7 . 1 E f f e c t o f C o n d u c t o r t y p e o n v o l t a g e s a g T h e v o l t a g e s a g f o r d i f f e r e n c e c o n d u c t o r s a n d d i f f e r e n c e f a u l t l e v e l s h a s b e e n s t u d i e d . A s a n e x a m p l e f o r h i g h e r f a u l t l e v e l s g i v e s l o w v o l t a g e s a g s . F i g u r e 3 . 9 a n d 3 . 1 0 s h o w s t h e g r a p h s o f v o l t a g e s a g V s D i s t a n c e f o r L y n x a n d R a c o o n c o n d u c t o r s f o r d i f f e r e n t f a u l t l e v e l s . F i g u r e 3 . 1 1 a n d 3 . 1 2 s h o w s t h e g r a p h s o f p h a s e a n g l e j u m p V s d i s t a n c e f o r L y n x a n d R a c o o n c o n d u c t o r s i n d i f f e r e n t f a u l t l e v e l s . 3 . 7 . 2 V o l t a g e S a g V s D i s t a n c e F O R L Y N X C O N D U C T O R 0 . 9 , - - - - - - - - - , - - - - - - - - - , - - - - - - - - - , - - - - - - - - - , - - - - - - - - - , o . a r - - - - - - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - - - , ' ' ' 0 . 7 0 . 6 ~ 0 · 5 ~ / 4 1 z 4: : - = - 7 5 0 M V A : --------~------------------'-------------- . : : 1 - 5 0 0 M V A · - ~ 0 . 4 - - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - ! _ _ _ _ j _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . . ~--~~~- ~-~-~ --- 0 . 3 'r----1--~-------- . - - - - - - - - - - - - · - - - - - - : - - - - - - - - - - - - · - : : 0 . 2 0 . 1 0 0 - - - - - - - - - - - ~-- - - - r · • L I \ _ _ _ _ _ _ _ ' : - - - - 5 1 0 1 5 2 0 2 5 D l s t a n e e I k m F i g . 3 . 9 : V o l t a g e S a g v e r s u s d i s t a n c e f r o m G S S f o r L y n x C o n d u c t o r - 2 7 - F O R R A C O O N C O N D U C T O R 0 . 9 0 . 8 0 . 7 - - - ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 . 6 ~ J 0 . 5 . . . . . . 2 5 0 M V A . . . . . . 5 0 0 M V A • 7 5 0 M V A > 0 . 4 - - - - · - - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 . 3 _ _ _ _ , _ _ _ _ _ . , _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . . 0 . 2 _ _ . , _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' ' ' ' ' ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - , - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - r · - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 . 1 0 ~--------L---------~--------~--------~--------~ 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 D i s t a n c e ( k m ) F i g . 3 . 1 0 : V o l t a g e S a g v e r s u s d i s t a n c e f r o m G S S f o r R a c o o n C o n d u c t o r 3 . 7 . 3 P h a s e A n g l e j u m p V s D i s t a n c e F O R L Y N X C O N D U C T O R 0 ~--------,---------,---------,---------,---------, -5 ~--------------------:------ · ···············f···----------~--------~ - 1 0 I l l f - 1 5 ~ - f : " 2 5 0 M V A ~ S O O M V A ~ 7 5 0 M V A - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 2 5 ~- ·- --- _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -30 ----------~----------L----------L----------L---------~ 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 D i s t a n c e I k m F i g . 3 . 1 1 : P h a s e A n g l e j u m p v e r s u s d i s t a n c e f r o m G S S f o r L y n x C o n d u c t o r - 2 8 - F O R R A C O O N C O N D U C T O R 0 - 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - c · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - j - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - j --------~ - 1 0 - - , - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ; - - - - - - - - - - - - - - - - - - : . : . : . : . . - 1 5 . , . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ G ) - 2 0 f - 2 5 ! - 3 0 --------------- - -----·-- ---------------------:-~------------- - - ----------- - --~ . . . . . . 7 5 0 M V A 1 - - ; : t - 5 0 0 M V A - - - - - - - - - - · - - - - - - - - - - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 5 0 M V A , _ _ - 3 5 - - - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 0 - - - - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ,- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 D i s t a n c e I k m F i g . 3 . 1 2 : P h a s e A n g l e j u m p v e r s u s d i s t a n c e f r o m G S S f o r R a c o o n C o n d u c t o r 3 . 7 . 4 E f f e c t o f o n s i t e G e n e r a t o r s 4 x 5 M V A , o i l f i r e d g e n e r a t o r s a r e c o n n e c t e d t o 3 3 k V b u s o f H o r a n a G S S . L e t u s s e e t h e e f f e c t o f t h e s e g e n e r a t o r s o n v o l t a g e s a g s e v e r i t y E a c h g e n e r a t o r h a s a r e a c t a n c e o f 1 7 . 2 % b a s e d o n 5 M V A , t h e r a t i n g o f t h e g e n e r a t o r s [ 2 7 ] . F a u l t L e v e l w i t h A c e p o w e r I f = 9 . 2 k A F a u l t L e v e l w i t h o u t A c e p o w e r I f = 7 . 7 k A V o l t a g e S a g w i t h V o l t a g e S a g w i t h o u t D i s t a n c e I k m A c e p o w e r I p u A c e p o w e r I p u 0 0 . 0 0 0 . 0 0 5 0 . 4 8 0 . 4 4 1 0 0 . 6 5 0 . 6 2 1 5 0 . 7 5 0 . 7 1 2 0 0 . 8 0 0 . 7 7 2 5 0 . 8 4 0 . 8 0 T a b l e 3 . 5 : D a t a a b o u t o n s i t e g e n e r a t o r ( A c e p o w e r ) - 2 9 - W i t h & W i t h o u t o n s i t e g e n e r a t o r 0. 9 r-----------~----------~----------~-----------.----------~ 0.8 1------------------------~------------ - - - ---------f-----------------------~------------------------"-· 0.7 ~---------------------- - ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -~-~- ~;;~ ---- J - - - - - - . . . W i t h o n s i t e g e n e r a t o r o u t o n s i t e g e n e r a t o r : I 0 . 5 - - - - · · · - - - · - - • • • - - - - - • - • • • • • • • • • • • • • • • • · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - L - - - - - - • • • • • • • • • • • • • • - • c . - m > 0 . 4 . . ' - - • - - . J · - • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • - L • • • • • · · - - - - - - - • • • • • • • • • . 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T h e l a t t e r t e r m i s d e f i n e d a s t h e m i n i m u m v o l t a g e m a g n i t u d e a p i e c e o f e q u i p m e n t c a n w i t h s t a n d o r t o l e r a t e w i t h o u t m i s o p e r a t i o n o r f a i l u r e . T h i s i s a l s o k n o w n a s t h e e q u i p m e n t v o l t a g e s a g i m m u n i t y o r s u s c e p t i b i l i t y l i m i t . A n a r e a o f v u l n e r a b i l i t y i s d e t e r m i n e d b y t h e t o t a l c i r c u i t l e n g t h o f e x p o s u r e t o b a l a n c e o r u n b a l a n c e f a u l t s t h a t c a n c a u s e v o l t a g e m a g n i t u d e s a t a n e n d - u s e r f a c i l i t y t o d r o p b e l o w t h e e q u i p m e n t m i n i m u m v o l t a g e s a g r i d e - t h r o u g h c a p a b i l i t y . T h e l o a d s w i l l b e s u b j e c t t o f a u l t s o n b o t h t h e t r a n s m i s s i o n s y s t e m a n d t h e d i s t r i b u t i o n s y s t e m . T h e a c t u a l n u m b e r o f v o l t a g e s a g s t h a t a f a c i l i t y c a n e x p e c t i s d e t e r m i n e d b y c o m b i n i n g t h e a r e a o f - 3 0 - v u l n e r a b i l i t y w i t h t h e e x p e c t e d f a u l t p e r f o r m a n c e f o r t h i s p o r t i o n o f t h e p o w e r s y s t e m . T h e e x p e c t e d f a u l t p e r f o r m a n c e i s u s u a l l y d e t e r m i n e d f r o m h i s t o r i c a l d a t a [ 1 ] . U s i n g S y n e r G E E , v o l t a g e d r o p s o f h o r a n a a r e a w e r e d i s c u s s e d i n S e c t i o n 3 . 6 . T h e n t h e a r e a o f v u l n e r a b i l i t y w a s d e v e l o p e d f o r b a l a n c e d a n d u n b a l a n c e d f a u l t s a s s h o w n i n f i g u r e 3 . 1 4 a n d 3 . 1 5 . 3 . 8 . 1 A r e a o f V u l n e r a b i l i t y f o r 3 p h B a l a n c e F a u l t s . . F i g . 3 . 1 4 : A r e a o f v u l n e r a b i l i t y f o r 3 p h b a l a n c e d f a u l t s 3 . 8 . 2 A r e a o f V u l n e r a b i l i t y f o r U n b a l a n c e f a u l t s F i g . 3 . 1 5 : A r e a o f v u l n e r a b i l i t y f o r u n b a l a n c e d f a u l t s [ S L G ] - 3 1 - C o n s i d e r i n g t h e a r e a o f v u l n e r a b i l i t y , w h e n 3 p h . f a u l t o c c u r s b e t w e e n 8 k m a n d 1 O k m f r o m H o r a n a G S S , T h e 3 3 k V b u s v o l t a g e d r o p s b y 2 5 % - 1 6 % . A f t e r s i m u l a t i n g t h e m o d e l o f H o r a n a M V n e t w o r k f o l l o w i n g r e s u l t s w e r e o b t a i n e d ~ L i n e d i s t a n c e f r o m H o r a n a G S S t o H o r a n a G a n t r y = 1 6 . 8 k m ~ F e e d e r L e n g t h f r o m H o r a n a G a n t r y t o K a n d a n a = 4 . 0 6 2 k m ~ V o l t a g e a t K a n d a n a i s = 3 2 . 2 7 k V ~ P e r c e n t a g e V o l t a g e D r o p w i t h o u t f a u l t a t K a n d a n a i s 2 . 2 % C o n s i d e r i n g b o t h f a u l t a n d t h e n o r m a l v o l t a g e d r o p , m o t o r s a t k a n q a n a t r e a t m e n t p l a n t c a n n o t o p e r a t e u n t i l t h e f a u l t i s c l e a r e d . O n e o f t h e m o s t s e v e r e p o w e r q u a l i t y d i s t u r b a n c e f a c e d b y i n d u s t r y c u s t o m e r s i s v o l t a g e s a g . M o s t o f t h e m o d e m i n d u s t r i a l l o a d s a r e s e n s i t i v e t o t h e s e v o l t a g e s a g s a n d c a n d e g r a d e t h e i r p e r f o r m a n c e s . E v e n p o w e r s u p p l y h a s b e e n d e s i g n e d f o r m a x i m u m r e l i a b i l i t y , s u c h d i s t u r b a n c e s c a n n o t b e e l i m i n a t e d . T h e r e f o r e a d d i t i o n a l m e a s u r e s h a v e t o b e t a k e n t o p r o t e c t s e n s i t i v e l o a d f r o m s u c h b u s v o l t a g e s a g s . T h e e q u i p m e n t t r i p p i n g h a s t o b e u n d e r s t o o d f i r s t i n d e v i s i n g v o l t a g e s a g m i t i g a t i o n m e t h o d . D e v i c e l e v e l s o l u t i o n h a s b e c o m e m o r e e c o n o m i c a l l y a n d t e c h n i c a l l y f e a s i b l e f o r v o l t a g e s a g m i t i g a t i o n . I n t h e d e v i c e l e v e l a p p r o a c h , t h e i d e a l s o l u t i o n i s t o s o l v e t h i s p r o b l e m a t e q u i p m e n t l e v e l . - 3 2 - C h a p t e r 4 D e s i g n o f a M i t i g a t i o n D e v i c e 4 . 1 V o l t a g e S a g M i t i g a t i o n T e c h n i q u e s T o u n d e r s t a n d t h e d i f f e r e n t w a y s o f m i t i g a t i n g v o l t a g e s a g s , v a r i o u s . . f a c t o r s c o n t r i b u t i n g t o t h e p r o b l e m h a v e t o b e u n d e r s t o o d . T h e c a u s e o f m o s t v o l t a g e s a g s i s a s h o r t - c i r c u i t f a u l t o c c u r r i n g e i t h e r w i t h i n t h e i n d u s t r i a l f a c i l i t y u n d e r c o n s i d e r a t i o n o r o n t h e u t i l i t y s y s t e m . T h e s t a r t i n g o f l a r g e m o t o r s a l s o r e s u l t s i n v o l t a g e s a g s , b u t t h e s e a r e n o t u s u a l l y v e r y s e v e r e . T h e s h o r t - c i r c u i t f a u l t c a u s e s t h e v o l t a g e t o d r o p t o a l m o s t z e r o a t t h e f a u l t p o s i t i o n . T h i s z e r o v o l t a g e t u r n s t h e m i n t o a n e v e n t o f a c e r t a i n m a g n i t u d e a n d d u r a t i o n a t t h e i n t e r f a c e b e t w e e n t h e p o w e r s y s t e m a n d t h e e q u i p m e n t . A t y p i c a l v o l t a g e s a g w a v e f o r m i s s h o w n a s f o l l o w s . 2 5 0 2 0 0 - - 1 5 0 1 0 0 > 5 0 . . . . . G l C l s 0 0 · 5 0 > - 1 0 0 - 1 5 0 · 2 0 0 · 2 5 0 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 T i m e / S 0 . 4 0 . 5 0 . 6 F i g 4 . 1 : T y p i c a l w a v e f o r m o f v o l t a g e s a g c a u s e d b y r e m o t e f a u l t c l e a r i n g T h e m a g n i t u d e o f t h e v o l t a g e s a g i s m a i n l y d e t e r m i n e d b y t h e i m p e d a n c e b e t w e e n t h e f a u l t e d b u s a n d t h e l o a d a n d b y t h e m e t h o d o f c o n n e c t i o n o f t h e t r a n s f o r m e r w i n d i n g s . T h e v o l t a g e s a g l a s t s u n t i l t h e f a u l t i s c l e a r e d b y a p r o t e c t i v e d e v i c e , t h e r e f o r e t h e d u r a t i o n o f t h e s a g i s d e t e r m i n e d b y t h e f a u l t - c l e a r i n g t i m e o f t h e p r o t e c t i o n s y s t e m a d o p t e d . M o r e o v e r , i f a u t o m a t i c R e c l o s e r i s u s e d b y t h e u t i l i t y , t h e v o l t a g e s a g c o n d i t i o n c a n o c c u r r e p e a t e d l y i n t h e c a s e o f a - 3 3 - p e r m a n e n t f a u l t . F i n a l l y , d e p e n d i n g o n i t s m a g n i t u d e a n d d u r a t i o n , t h e s a g c a n c a u s e a n e q u i p m e n t t r i p . t h u s b e c o m i n g a p o w e r q u a l i t y p r o b l e m [ 1 5 ] . B a s e d o n t h e m e c h a n i s m l e a d i n g t o a v o l t a g e s a g t h r e e d i f f e r e n t ' ' l o c a t i o n s " . f o r t h e m i t i g a t i o n o f v o l t a g e s a g s c a n b e d i s t i n g u i s h e d : o n t h e p o w e r s y s t e m s i d e o r " u p s t r e a m o f t h e m e t e r ' " . o n t h e e q u i p m e n t . " d o w n s t r e a m o f t h e m e t e r " , o r . f i n a l l y , a t t h e s y s t e m - e q u i p m e n t i n t e r f a c e , " a t t h e m e t e r " . R e d u c t i o n o f d u r a t i o n a n d · S h o r t c i r c u i t f a u l t n u m b e r o f f a u l t s C h a n g e i n s t r u c t u r e o f t h e p o w e r s y s t e m I n s t a l l a t i o n o f m i t i g a t i o n d e v i c e s I m p r o v e m e n t o f e q u i p m e n t i m m u n i t y I~~~~- 1 P r o p a g a t i o n t h r o u g h : p o w e r s y s t e m ~-- -~ ] - - - ~ ~- - - - - - - - - - - S y s t e m - e q u i p m e n t i n t e r f a c e -~ - - - 1 -- - - - - - E q u i p m e n t t r i p S y s t e m l e v e l m i t i g a t i o n D e v i c e l e v e l m i t i g a t i o n F i g . 4 . 2 : D i f f e r e n t t y p e s o f v o l t a g c s a g m i t i g a t i o n [ 1 5 ] 4 . 1 . 1 R e d u c t i o n o f d u r a t i o n a n d n u m b e r o f f a u l t s L i m i t i n g t h e n u m b e r o f f a u l t s i s a n e f f e c t i v e w a y t o r e d u c e n o t o n l y t h e n u m b e r o f v o l t a g e s a g s . b u t a l s o t h e f r e q u e n c i e s o f s h o r t a n d l o n g i n t e r r u p t i o n s . F a u l t p r e v e n t i o n a c t i o n s m a y i n c l u d e t r e e t r i m m i n g p o l i c i e s o f t h e i n s t i t u t i o n , t h e a d d i t i o n o f l i g h t n i n g a r r e s t e r s . i n s u l a t o r w a s h i n g a n d t h e a d d i t i o n o f a n i m a l g u a r d s . I n s u l a t i o n o n t r a n s m i s s i o n s y s t e m s c a n n o t w i t h s t a n d t h e m o s t s e v e r e l i g h t n i n g s t r o k e s , b u t l i n e s w h i c h a r e o f t e n s u b j e c t t o l i g h t n i n g - i n d u c e d f a u l t s s h o u l d b e c a r e f u l l y i n v e s t i g a t e d f o r i m p r o v e m e n t o f t h e i n s u l a t i o n l e v e l . F a u l t s d u e t o l i g h t n i n g c a n b e r e d u c e d b y l o w e r i n g t h e g r o u n d r e s i s t a n c e a t t h e f o o t o f t h e t o w e r f o r o v e r h e a d s t a t i c w i r e s . O t h e r m e a s u r e s i n c l u d e t h e u s e o f r e c e n t l y i n t r o d u c e d s p e c i a l w i r e s , w h i c h a r e c o v e r e d b y a t h i n l a y e r o f i n s u l a t i o n m a t e r i a l , o r t h e i n s t a l l a t i o n o f - 3 4 - a d d i t i o n a l s h i e l d i n g w i r e s , p l a c e d i n s u c h a w a y t h a t t h e y a r e m o r e l i k e l y t o b e h i t b y a l i g h t n i n g s t r o k e t h a n t h e p h a s e c o n d u c t o r s . 4 . 1 . 2 R e d u c i n g t h e f a u l t c l e a r i n g t i m e R e d u c i n g t h e f a u l t - c l e a r i n g t i m e l e a d s t o l e s s s e v e r e v o l t a g e s a g s ; t h i s m e t h o d a f f e c t s n o t t h e n u m b e r o f e v e n t s , b u t t h e i r d u r a t i o n . P r e s e n t u t i l i t y e q u i p m e n t f o r c l e a r i n g f a u l t s o n d i s t r i b u t i o n c i r c u i t s h a s b e e n s h o w n t o b e g e n e r a l l y i n c o m p a t i b l e w i t h c u s t o m e r e q u i p m e n t . T h e r e f o r e u t i l i t i e s c o u l d c o n s i d e r t h e o p p o r t u n i t y t o i n s t a l l c u r r e n t - l i m i t i n g f u s e s o r m o d e r n s t a t i c c i r c u i t b r e a k e r s . w h i c h a r e a b l e t o c l e a r t h e f a u l t w e l l w i t h i n a h a l f c y c l e a t t h e p o w e r f r e q u e n c y . t h u s e n s u r i n g t h a t n o v o l t a g e s a g c a n l a s t l o n g e r [ 1 5 ] . 4 . 1 . 3 C h a n g e s i n t h e P o w e r S y s t e m F o r d i s t r i b u t i o n s y s t e m s a s i m p l e , r a d i a l s t r u c t u r e i s u s u a l l y p r e f e r r e d , p a r t i c u l a r l y b e c a u s e i t e n a b l e s t h e u s e o f a s i m p l e a n d c h e a p s y s t e m o f o v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n . T h e p e r f o r m a n c e o f r a d i a l l y - o p e r a t e d s y s t e m s c a n b e i m p r o v e d b y r e d u c i n g t h e n u m b e r o f f e e d e r s o r i g i n a t i n g f r o m t h e s a m e b u s . t h u s l i m i t i n g t h e n u m b e r o f f a u l t s l e a d i n g t o v o l t a g e s a g f o r e q u i p m e n t f e d f r o m t h a t b u s . A c o m m o n p r a c t i c e i s t o s u p p l y t h e s e n s i t i v e l o a d t h r o u g h a d e d i c a t e d f e e d e r . W h e r e i t i s t w t p o s s i b l e . a c e r t a i n i m p r o v e m e n t c a n b e a c h i e v e d b y i n s t a l l i n g c u r r e n t - l i m i t i n g r e a c t o r s o r f u s e : - . i n a l l t h e o t h e r f e e d e r s o r i g i n a t i n g f r o m t h e s a m e b u s a s t h e s e n s i t i v e l o a d . T h i s i n c r e a s e s t h e · e l e c t r i c a l d i s t a n c e " b e t w e e n t h e f a u l t a n d t h e c o m m o n b u s , t h u s d e c r e a s i n g t h e d e p t h o f t h e s a g l o r t h e s e n s i t i v e l o a d [ 1 5 ] . 4 . 1 A I n c r e a s i n g I m m u n i t y Cas~· s t u d i e s a n d p o w e r q u a l i t y s u r v e y s s h o w t h a t s e n s i t i v e e q u i p m e n t i n c l u d e b o t h l o w - p o w e r e l e c t r o n i c s ( c o m p u t e r s , p r o c e s s - c o n t r o l d e v i c e s , c o n s u m e r - e l e c t r o n i c s ) a n d h i g h p o w e r c b : t r o n i c s ( f o r a c a n d d e d r i v e s ) . I t h a s b e e n r e p o r t e d t h a t a n i n s t a l l a t i o n u s i n g o n l y e l e c t r o m e c h a n i c a l c o n t r o l c o u l d b e t o l e r a t e d s a g d o w n t o 6 0 % v o l t a g e w i t h o u t p r o b l e m s , w h i l e a w m p l e t e l y a u t o m a t e d f a c t o r y c o u l d b e d i s r u p t e d b y s a g t o 8 5 % . I m r r o v e m e n t o f e q u i p m e n t v o l t a g e t o l e r a n c e t h r e s h o l d s a p p e a r s a s t h e m o s t e f f e c t i v e s o l u t i o n a g d m s t v o l t a g e s a g s i n t h e l o n g t e r m . T h i s i s e s p e c i a l l y t r u e f o r s h o r t - d u r a t i o n a n d s h a l l o w s a g s - 3 5 - w h i c h c a n h a r d l y b e m i t i g a t e d b y m e a n s o f t h e u t i l i t y - s i d e s o l u t i o n s d e s c r i b e d a b o v e . U n f o r t u n a t e l y , c u s t o m e r s c a n o n l y r e q u i r e a s p e c i f i c v o l t a g e t o l e r a n c e l e v e l f o r v e r y l a r g e i n d u s t r i a l e q u i p m e n t , a n d t h e s e a r e u s u a l l y t a i l o r e d f o r s p e c i f 1 c a p p l i c a t i o n s . I n m o s t c a s e s , t h e c u s t o m e r h a s n o d i r e c t c o n t a c t w i t h t h e m a n u f a c t u r e r a n d c a n i n n o w a y i n t e r v e n e t o m o d i f y e q u i p m e n t s e n s i t i v i t y t o v o l t a g e d i s t u r b a n c e s [ 1 5 ] . 4 . 1 . 5 M i t i g a t i o n D e v i c e C u s t p m e r s o l u t i o n s u s u a l l y i n v o l v e p o w e r c o n d i t i o n i n g f o r s e n s i t i v e l o a d s . D i f f e r e n t d e v i c e s a r e c u r r e n t l y a v a i l a b l e f o r t h e m i t i g a t i o n o f p o w e r q u a l i t y p r o b l e m s . C o r r e c t u n d e r s t a n d i n g o f t h e i r f e a t m l ' S , a s w e l l a s t h a t o f l o a d r e q u i r e m e n t s , i s n e e d e d f o r t h e i r p r o p e r a p p l i c a t i o n . T o p r o v i d e \olta~c s a g r i d e - t h r o u g h c a p a b i l i t y , t h e d i f f e r e n t s o l u t i o n s a v a i l a b l e a l w a y s i n c l u d e s o m e k i n d o f e n c 1 L . \ s t o r a g e . A s s h o w n i n f i g u r e 4 . 3 m i t i g a t i o n d e v i c e s h a v e b e e n c o n n e c t e d a t t h e s e n s i t i v e l o a d G e n e r a t i o n T r a n s m i s s i o n n e t w o r k A d j a c e n t n e t w o r k 6 ~ D i s t r i b u t i o n n e t w o r k 6 ~ S e n s i t i v e l o a d F i g . 4 . 3 : T y p i c a l a r r a n g e m e n t o f p o w e r s y s t e m w i t h m i t i g a t i o n d e v i c e 4 . 2 B a c k g r o u n d o f T e c h n i c a l F e a s i b i l i t y M \ , t l l r - g e n e r a t o r s e t s s t o r e e n e r g y i n a f l y w h e e l . T h e y c o n s i s t o f a m o t o r s u p p l i e d b y t h e p l a n t p ( m c r s y s t e m , a s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r s u p p l y i n g t h e l o a d a n d a f l y w h e e l , a l l c o n n e c t e d t o a c o 1 1 1 m o n a x i s . T h e r o t a t i o n a l e n e r g y s t o r e d i n t h e f l y w h e e l c a n b e u s e d t o p e r f o r m s t e a d y - s t a t e - 3 6 - Y o l t a g e r e g u l a t i o n a n d t o s u p p o r t v o l t a g e d u r i n g d i s t u r b a n c e s . T h i s s y s t e m h a s h i g h e f f i c i e n c y . J o , , i n i t i a l c o s t s a n d e n a b l e s l o n g d u r a t i o n r i d e t h r o u g h ( s e v e r a l s e c o n d s ) b u t c a n o n l y b e u s e d i n i n d u s t r i a l e n v i r o n m e n t s . d u e t o i t s s i z e , n o i s e a n d m a i n t e n a n c e r e q u i r e m e n t s . E l e c t r o n i c t a p c h a n g e r s c a n b e m o u n t e d o n a d e d i c a t e d t r a n s f o r m e r f o r t h e s e n s i t i v e l o a d , 1 1 1 o r d e r t o c h a n g e i t ' s t u r n s r a t i o a c c o r d i n g t o c h a n g e s i n t h e i n p u t v o l t a g e . T h e y c a n b e c o n n e c t e d i n s e r i e s o n t h e d i s t r i b u t i o n f e e d e r a n d p l a c e d b e t w e e n t h e s u p p l y a n d t h e l o a d . P a r t o f t h e s e c o n d a r y w i n d i n g s u p p l y i n g t h e l o a d i s d i v i d e d i n t o a n u m b e r o f s e c t i o n s , w h i c h a r e c o n n e c t e d o r d i s c o n n e c t e d b y f a s t s t a t i c s w i t c h e s , t h u s a l l o w i n g r e g u l a t i o f t o f t h e s e c o n d a r y v o l t a g e i n s t e p s . T h i s s h o u l d a l l o w t h e o u t p u t v o l t a g e t o b e b r o u g h t b a c k t o a l e v e l a b o v e 9 0 % o f n o m i n a l \ a l u e . e v e n f o r s e v e r e v o l t a g e s a g s . T h y r i s t o r - b a s e d s w i t c h e s w h i c h c a n o n l y b e t u r n e d o n o n c e p e r c y c l e a r e u s e d . t h e r e f o r e t h e c o m p e n s a t i o n i s a c c o m p l i s h e d w i t h a t i m e d e l a y o f a t l e a s t o n e h a l f c y c l e . A l P S ( U n i n t e r r u p t i b l e P o w e r S u p p l y ) c o n s i s t s o f a d i o d e r e c t i f i e r f o l l o w e d b y a n i n v e r t e r . T h e e n e r g y s t o r a g e i s u s u a l l y a b a t t e r y b l o c k c o n n e c t e d t o t h e d e l i n k . L o w c o s t , s i m p l e o p e r a t i o n a n d c o n t r o l h a v e m a d e t h e U P S t h e s t a n d a r d s o l u t i o n f o r l o w - p o w e r e q u i p m e n t l i k e c o m p u t e r s . F o r h i g h e r - p o w e r l o a d s t h e c o s t s a s s o c i a t e d w i t h l o s s e s d u e t o t h e t w o a d d i t i o n a l c o n v e r s i o n s a n d t h e m a i n t e n a n c e o f t h e b a t t e r i e s b e c o m e t o o h i g h a n d t h i s s o l u t i o n n o l o n g e r a p p e a r s t o b e e c o n o m i c a l l y f e a s i b l e . A s e r i e s v o l t a g e c o n t r o l l e r c o n s i s t s o f a v o l t a g e - s o u r c e c o n v e r t e r c o n n e c t e d i n s e r i e s w i t h t h e d i s t r i b u t i o n f e e d e r b y m e a n s o f a n i n j e c t i o n t r a n s f o r m e r . I t c a n i n j e c t v o l t a g e s o f c o n t r o l l a b l e a m p l i t u d e . p h a s e a n g l e a n d f r e q u e n c y i n t o t h e d i s t r i b u t i o n f e e d e r , t h u s r e s t o r i n g t h e v o l t a g e t o c r i t i c a l l o a d s d u r i n g s a g s . T h e r e a c t i v e p o w e r e x c h a n g e d b e t w e e n t h e s e r i e s c o n t r o l l e r a n d t h e d i s t r i b u t i o n s y s t e m i s i n t e r n a l l y g e n e r a t e d b y t h e c o n t r o l l e r , w h i l e t h e r e a l p o w e r e x c h a n g e d a t i h a c t e r m i n a l s m u s t b e p r o v i d e d a t t h e d e t e r m i n a l b y a n e n e r g y s t o r a g e s y s t e m . T h e i n v e r t e r i s u s u a l l y b a s e d o n I G B T s c h a r a c t e r i z e d b y h i g h s w i t c h i n g f r e q u e n c i e s : t h e r e f o r e . \ \ J t h p r o p e r c o n t r o l , i t i s p o s s i b l e t o p e r f o r m p e r f e c t v o l t a g e c o m p e n s a t i o n i n l e s s t h a n h a l f a c \ c l e . I h i s s o l u t i o n , a l t h o u g h s t i l l c o s t l y ( b u t t h e p r i c e s a r e l i k e l y t o d e c r e a s e r a p i d l y i n t h e n c a r f u t u r e ) . i s v e r y a t t r a c t i v e f o r l a r g e i n d u s t r i a l c u s t o m e r s ( a f e w M V A ) w h i c h h a v e v e r y h i g h - 3 7 - p o \ \ e r q u a l i t y d e m a n d s . I t a l l o w s f o r t h e p r o t e c t i o n o f t h e e n t i r e p l a n t f r o m v o l t a g e s a g s ( u s u a l l y d o m 1 t o 5 0 % m a g n i t u d e a n d a f e w h u n d r e d m i l l i s e c o n d s ' d u r a t i o n ) t h r o u g h t h e i n s t a l l a t i o n o f o n h o n e d e v i c e . T h e s h u n t - c o n n e c t e d v o l t a g e c o n t r o l l e r i s a v o l t a g e s o u r c e c o n v e r t e r t h a t i s s h u n t c o n n e c t e d t o t h e d i s t r i b u t i o n f e e d e r c i r c u i t v i a a t i e r e a c t a n c e . I t c a n e x c h a n g e b o t h r e a l a n d r e a c t i v e p o w e r w i t h t h e d i s t r i b u t i o n s y s t e m b y v a r y i n g t h e a m p l i t u d e a n d p h a s e a n g l e o f t h e v o l t a g e s o u r c e w i t h r e s p e c t t o t h e l i n e t e r m i n a l v o l t a g e . T h e r e s u l t i s c o n t r o l l e d c u r r e n t f l o w t h r o u g h t h e t i c r e a c t a n c e b e t \ Y e c n t h e d e v i c e a n d t h e d i s t r i b u t i o n l i n e . w h i c h e n a b l e s a c e r t a i n _ v o l t a g e s u p p o r t c a p a b i l i t y . T h e c o n t r i b u t i o n o f t h e s h u n t c o n t r o l l e r t o t h e b u s v o l t a g e i s e q u a l t o t h e i n j e c t e d c u r r e n t t i m e s t h e I m p e d a n c e s e e n b y t h e d e v i c e . T h i s i s t h e s o u r c e i m p e d a n c e i n p a r a l l e l w i t h t h e l o a d i m p e d a n c e . T h i s i m p e d a n c e b e c o m e s v e r y s m a l l f o r f a u l t s a t t h e s a m e v o l t a g e l e v e L c l o s e t o l o a d T h e d e v i c e w i l l t h e n d r a w a v e r y l a r g e r e a c t i v e c u r r e n t w i t h o u t p r o v i d i n g a n y n o t i c e a b l e c h a n g e i n v o l t a g e . F o r t h e s e r e a s o n s . a s h u n t c o n t r o l l e r i s n o r m a l l y u s e d n o t f o r m i t i g a t i n g Y o l t a g e s a g s . I f t h e P o w e r Q u a l i t y p r o b l e m s a r e r e l a t e d t o s h o r t i n t e r r u p t i o n s a n d / o r v o l t a g e s a g s . s o m e d e \ 1 1 . : e s m a i n l y b a s e d o n p o w e r e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s , a n d s o c a l l e d " " c u s t o m p o w e r t e c h n o l o g y ' " c a n b e a d o p t e d b y t h e d i s t r i b u t i o n c o m p a n y . W i t h r e f e r e n c e t o a D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r ( D V R ) f o r M Y d i s t r i b u t i o n f e e d e r s . w i t h t h e c o m p e n s a t i o n d e g r e e o f 9 0 % o f t h e n o m i n a l v o l t a g e , t h e e c o n o m i c a l a c t u a l n e t v a l u e i s e s t i m a t e d t o b e 9 0 0 , 0 0 0 U S D . T h e r a t i o b e t w e e n t h e c o s t o f t h e c o m p e n s a t i n g d e v i c e a n d t h e a d v a n t a g e s d u e t o i t s i n s t a l l a t i o n . t h a t m t h i s c a s e i s e q u a l t o 1 / 2 . c a n a l s o b e c o m e i n t h e f u t u r e 1 / 3 w i t h t h e e x p e c t e d i n c r e a s e o f s c n " i t i \ · e l o a d s [ 1 7 ] . 4 . 3 D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r ( D V R ) D ) n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r i s a v e r y i m p o r t a n t t o o l t o i m p r o v e t h e p o w e r q u a l i t y o f t h e e l e c t r i c a l d 1 : ; t r i b u t i o n l i n e s . T h e m a i n f u n c t i o n o f a D V R i s t h e p r o t e c t i o n o f s e n s i t i v e l o a d s f r o m v o l t a g e sa~-; c o m i n g f r o m t h e n e t w o r k . A D V R i s b a s i c a l l y a c o n t r o l l e d v o l t a g e s o u r c e t h a t i s c o n n e c t e d i n - ; c r i e s w i t h t h e n e t w o r k . I t i n j e c t s a v o l t a g e o n t h e s y s t e m i n o r d e r t o c o m p e n s a t e a n y - 3 8 - d i s t u r b a n c e a f f e c t i n g t h e l o a d v o l t a g e . T h e m a i n e l e m e n t o f t h e d e v i c e i s t h e e n e r g y s t o r a g e s y s t e m . t h e v o l t a g e s o u r c e c o n v e r t e r , t h e L C f i l t e r a n d t h e c o u p l i n g t r a n s f o r m e r [ 1 8 ] . 4 . 4 P r i n c i p l e s o f t h e D V R o p e r a t i o n T h e D V R i s c o n n e c t e d i n s e r i e s w i t h p o w e r d i s t r i b u t i o n l i n e a s s h o w n i n f i g u r e 4 . 4 . T h e D V R i s a b l e t o c o n t r o l t h e v o l t a g e a c r o s s a s e n s i t i v e l o a d b y i n j e c t i n g a n a p p r o p r i a t e v o l t a g e p h a s o r t h r o u g h a n i n j e c t i o n t r a n s f o r m e r . A s a r e s u l t , a n y v o l t a g e d i s t u r b a n c e a p p e a r s i n u p - s t r e a m c a n b e c o m p e n s a t e d t h r o u g h t h e D V R a n d t h e d i s t u r b a n c e i s u n s e e n t o t h e l o a d . T h e i n - p h a s e b o o s t i n g t e c h n i q u e w h e r e t h e c o r r e c t i o n v o l t a g e i s i n - p h a s e w i t h t h e s u p p l y v o l t a g e h a s b e e n u s e d w i d e l y f o r c o r r e c t i n g v o l t a g e d i s t u r b a n c e s . U n d e r i n - p h a s e b o o s t i n g . t h e D V R r e q u i r e d t o i n j e c t a c e r t a i n a m o u n t o f a c t i v e p o w e r d u r i n g t h e p e r i o d o f c o m p e n s a t i o n . T h e r e f o r e . t h e s t o r e d e n e r g y b e c o m e s t h e l i m i t i n g f a c t o r i n t h e d i s t u r b a n c e c o m p e n s a t i o n p r o c e s s e s p e c i a l l y s a g s w h i c h l a s t s l o n g e r . P o w e r s y s t e m P C C D V R L o a d b u s V , ~ . . Z , = R _ , + j X 1 - - - V n r R f t I - 1 - • · . ' - V s a g /~/ ' / V t L o a d . , • I t F i l t e r ! - - - - - - E n e r g y ~ 4 S t o r a g e \ l S I F i g . 4 . 4 : T y p i c a l s c h e m a t i c d i a g r a m o f a p o w e r s y s t e m c o m p e n s a t e d b y t h e D V R l h e r e a r e t h r e e t y p e s o f v o l t a g e i n j e c t i o n m o d e a p p l i c a b l e t o t h e D V R . T h e y a r e i n p h a s e m j e c t i o n . p r e - s a g r e s t o r a t i o n a n d m i n i m u m e n e r g y v o l t a g e i n j e c t i o n m o d e . f i g u r e 4 . 5 d e p i c t s t h e s e t h r e e i n j e c t i o n m o d e s . - 3 9 - - - - x - - - - - - p u v o l t a g e E n e r g y o p t i m u m l o a d v o l t a g e - - - - - - - - - - I E . - , V - E n e r g y o p t i m u m : " , / l l 1 J :~/-,',, ! ' · · . , V - I n - p h a s e i \ I I I J ' \ ; \ , V : . . . . - - ¥ , ' - ' ' - - ' \ " I \ \ v - P r e - s a g : 1 1 1 } ~ ' ~ P r e - s a g s u p p l y 1 v o l t a g e I F i g . 4 . 5 : P h a s o r D i a g r a m o f P o w e r d i s t r i b u t i o n s y s t e m d u r i n g s a g I n F i g . 4 . 4 _ t h e D V R c o n t r o l s t h e v o l t a g e a c r o s s t h e s e n s i t i v e l o a d b y i n j e c t i n g a n a p p r o p r i a t e v o l t a g e p h a s o r ( V o v R ) t h r o u g h t h e s e r i e s - c o n n e c t e d i n j e c t i o n t r a n s f o r m e r . I f a n u p - s t r e a m \ · o l t a g e d i s t u r b a n c e c a n b e c o m p e n s a t e d e f f e c t i v e l y , t h e n t h e i m p a c t o f t h e d i s t u r b a n c e o n t h e l o a d i s m i n i m i z e d . I n m o s t s a g c o r r e c t i o n t e c h n i q u e s , t h e D V R i s r e q u i r e d t o i n j e c t a c t i v e p o w e r i n t o t h e d i s t r i b u t i o n l i n e d u r i n g t h e p e r i o d o f c o m p e n s a t i o n . T h e D V R i s a n o n l i n e a r d e v i c e d u e t o t h e p r e s e n c e o f p o w e r s e m i c o n d u c t o r s w i t c h e s i n t h e i m c r t c r b r i d g e . H o w e v e r . w i t h t h e a p p l i c a t i o n o f s t a t e - s p a c e a v e r a g i n g t e c h n i q u e i t i s p o s s i b l e t o C \ p r e s s t h e D V R b e h a v i o r i n d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n f o r m . T h e d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c o f t h e D \ ' R i s v e r y m u c h d e t e r m i n e d b y t h e f i l t e r a n d t h e c o n n e c t e d l o a d . W h i l e t h e f i l t e r ( w h i c h u s u a l l y t a k e s t h e f o r m o f a s i m p l e L C s e c t i o n ) i s e a s y t o m o d e l a s i t i s w e l l - d e f i n e d _ t h i s i s n o t s o f o r t h e c o n n e c t e d l o a d a s i t c a n v a r y f r o m a l i n e a r t i m e - i n v a r i a n t t o a n o n l i n e a r t i m e - v a r y i n g t y p v I n v i e w o f t h i s c o m p l e x i t y , a l i n e a r c o n s t a n t i m p e d a n c e l o a d i s a s s u m e d h e r e a n d t h e p u r p o s e i s t o d e s i g n t h e c o n t r o l l e r s u c h t h a t t h e D V R c a n e x e r c i s e r o b u s t c o n t r o l i n t h e f a c e o f t h L · l o a d m o d e l u n c e r t a i n t y . S u c h l o a d r e p r e s e n t a t i o n i s d e e m e d r e a s o n a b l e a s t h e s a g d i s t u r b a n c e i~ u : - ; u a l l y o f r e l a t i v e l y s h o r t d u r a t i o n . I f t h e l o a d c o n t a i n s a s i g n i f i c a n t a m o u n t o f r o t a t i n g m c t l h i n e r y , t h e e l e c t r o m e c h a n i c a l d y n a m i c s o f t h e l o a d w o u l d h a v e i n s u f f i c i e n t t i m e t o m a n i f e s t t h L · m s e l v e s a s t o s i g n i f i c a n t l y i m p a c t o n t h e e x t e r n a l s y s t e m . - 4 0 - F i g . . f . 6 s h o w s t h a t t h e l o a d v o l t a g e i s r e g u l a t e d b y t h e D V R t h r o u g h t h e i n j e c t i o n v o l t a g e V d H . ' ' : V d v r - - - - - , u n e L s r s L , V~' n h T ! F I , _ _ _ _ . . . . . . . . . . - - - - - - 1 - - - - - - - ~ ' V 1 v 2 1 ---y----~,.f-V--" 1 : n L , r,·~-~~· D V R l c F 1 l t e r : L t v , ' ' ' ' ' I n v e r t e r E n e r g y S t o r a g e ~--------------------------·--j F i g . 4 . 6 : D V R c o n n e c t e d p o w e r s y s t e m L o a d .\s~ume t h a t t h e l o a d h a s a n i n d u c t a n c e L 1 a n d r e s i s t a n c e r 1 a n d t h e D V R h a r m o n i c f i l t e r h a s a n i n d u c t a n c e o f L r , a r e s i s t a n c e o f r r a n d a c a p a c i t a n c e o f C r . T h e D V R i n j e c t i o n t r a n s f o r m e r h a s a c o m b i n e d w i n d i n g r e s i s t a n c e o f r t , l e a k a g e i n d u c t a n c e o f L r a n d t u r n s r a t i o o f 1 : n . T h e t o l l o v v i n g s t a t e - s p a c e e q u a t i o n s c a n b e o b t a i n e d [ 1 3 ] : j d l r V c + I t r f + L f d t ( 4 . 1 ) . . = l c + n l t ( 4 . 2 ) d V c ( 4 . 3 ) = C r d t i 1 c c ~ n ( v , - n ( r , J , + L , ~;)) ( 4 . 4 ) / 2 = V 1 + V d v r ( 4 . 5 ) - 4 1 - E q u a t i o n s ( 4 . 1 ) - ( 4 . 5 ) f o r m t h e b a s i s o f t h e D V R m o d e l w h i c h w i l l b e u s e d f o r t h e c o n t r o l l e r d e s i g n l l 3 ] . 4 . 5 D V R C o n t r o l l e r D e s i g n W i t h t h e r a p i d a d v a n c e s i n m i c r o e l e c t r o n i c s , r e a l - t i m e d i g i t a l c o n t r o l o f c u s t o m p o w e r d e v i c e s u s i n g c o s t - e f f e c t i v e d i g i t a l - s i g n a l - p r o c e s s o r ( D S P ) b a s e d h a r d w a r e s y s t e m h a s b e c o m e f e a s i b l e . T h e D S P h a r d w a r e a r c h i t e c t u r e e n a b l e s m o s t o f i t s i n s t r u c t i o n s t o b e e x e c u t e d i n a s i n g l e i n s t r u c t i o n c y c l e a n d c o m p l e x c o n t r o l a l g o r i t h m s t o b e p r o c e s s e d a t a f a s t e r r a t e c o m p a r e d t o s i n g l e - c h i p m i c r o p r o c e s s o r s . I n t h e l i g h t o f t h i s d e v e l o p m e n t , i t i s p r o p o s e d h e r e w i t h t h a t a m u l t 1 - l o o p c o n t r o l s t r u c t u r e f o r t h e D V R b e c o n s i d e r e d w h e r e b y t h e r e s u l t i n g l o a d v o l t a g e i s r e g u l a t e d t o t r a c k a s i n u s o i d a l r e f e r e n c e [ 1 3 ] . T h e d e s i g n o f s u c h c o n t r o l s c h e m e i s n e c e s s a r y a s i t w i l l b e s h o w n i n f i g u r e 4 . 7 t h a t t h e con~cquence o f u s i n g t h e D V R o p e n - l o o p c o n t r o l c a n r e s u l t i n p o o r s y s t e m d a m p i n g f o l l o w i n g \ · o l t a g c s a g . I n t h e n e w c o n t r o l s c h e m e , t h e f i l t e r c a p a c i t o r c u r r e n t a n d l o a d v o l t a g e a r e s e n s e d a s f e e d b a c k v a r i a b l e s a n d t h e c o n t r o l a l g o r i t h m e v a l u a t e s t h e n e c e s s a r y s w i t c h i n g p u l s e w i d t h s f o r t h e d c - a c i n v e r t e r i n e v e r y s a m p l i n g i n t e r v a l . T h e c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s r e s u l t i n g f r o m t h e t w o s c h e m e s w i l l e n a b l e o n e t o o b s e r v e t h e s u p e r i o r i t y o f t h e p r o p o s e d s c h e m e o v e r t h e o p e n - l o o p c o n t r o l m e t h o d [ 1 3 ] . \ + - . . . D V R ~ k i + / - - - - - · ~"-.. . / . . _ y _ _ n ' l f i · _ y . . , . , l c ! ' _ / _ . . 'r·~ ( r 1 + s l f ) · " - _ / s C r L o a d ( r 1 + s / 1 ) • . . , . . _ n ( " ' + s l 1 ) • :Vet->-_~ n ·-----·,~-----/ . . / - ' v , . _ . . - . - - - v \ . F i g . 4 . 7 : B l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f D V R s y s t e m w i t h o p e n - l o o p c o n t r o l l e r - 4 2 - I t i s n o w c l e a r t h a t t h e o p e n - l o o p c o n t r o l t e c h n i q u e i n t h e D V R s y s t e m n e e d s t o b e i m p r o v e d o n . W i t h r e g a r d t o t h e t r a c k i n g o f t h e r e f e r e n c e v o l t a g e , o n e c a n a d o p t t h e c l a s s i c a l a p p r o a c h \ \ h e r e b y t h e r e f e r e n c e a n d t h e a c t u a l l o a d v o l t a g e s a r e c o m p a r e d a n d t h e e r r o r i s f e d b a c k t o t h e i m e r t e r P W M p u l s e g e n e r a t o r . H O \ \ e v e r . a s d e m o n s t r a t e d i n . t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e o f t h e o p e n - l o o p t r a n s f e r f u n c t i o n o f t h i s s y s t e m h a s i n a d e q u a t e p h a s e a n d g a i n m a r g i n s . I t m e a n s t h a t t h i s o u t e r f e e d b a c k l o o p o f t h e l o a d Y o l t a g e a c t i n g a l o n e m a y n o t b e s u f f i c i e n t . O n e p o s s i b i l i t y t o i m p r o v e t h e s t a b i l i t y m a r g i n s i s t o i n c l u d e i n n e r f e e d b a c k l o o p ( s ) . C u r r e n t m o d e c o n t r o l t e c h n i q u e s a r e u s u a l l y a p p l i e d t o p o w e r e l e c t r o n i c c i r c u i t s w h e r e i n a n i n n e r c u r r e n t l o o p i s e m p l o y e d w i t h i n t h e o u t e r v o l t a g e l o o p i n t h e c l o s e d l o o p r e g u l a t i o n o f p o w e r c o n v e r t e r s . N o t i c e t h a t f r o m e q n . ( 4 . 3 ) . t h e r a t e o f c h a n g e o f t h e D V R o u t p u t v o l t a g e i s p r o p o r t i o n a l t o t h e c u r r e n t o f t h e f i l t e r c a p a c i t o r . I f t h i s c u r r e n t c a n b e r e g u l a t e d a p p r o p r i a t e l y . t h e l o a d v o l t a g e c a n a l s o b e c o n t r o l l e d i n t h e e v e n t o f l o a d c h a n g e s . T h i s c o n t r o l f e a t u r e , t o g e t h e r w i t h t h e o u t e r \ O l t a g e f e e d b a c k l o o p d e s c r i b e d e a r l i e r , c a n b e r e a d i l y i n c o r p o r a t e d i n t o t h e D V R c o n t r o l s c h e m e . T h i s i s s h o w n i n F i g . 4 . 8 w h e r e i t i s s h o w n t h a t t h e D V R l o a d - s i d e v o l t a g e i s c o m p a r e d w i t h i t s r e f e r e n c e v a l u e a n d t h e e r r o r i s m u l t i p l i e d w i t h t h e v o l t a g e e r r o r f e e d b a c k g a i n k v a n d f e d t o t h e s e c o n d s t a g e a s a r e f e r e n c e f o r t h e c a p a c i t o r c u r r e n t . T h i s v i r t u a l c a p a c i t o r c u r r e n t r e f e r e n c e i s c o m p a r e d w i t h t h e a c t u a l c a p a c i t o r c u r r e n t a n d t h e e r r o r i s m u l t i p l i e d w i t h t h e c u r r e n t e r r o r g a i n k c t o f o r m t h e i n n e r f e e d b a c k l o o p . T h e r e s u l t i n g q u a n t i t y o f t h i s l o o p i s s u b s e q u e n t l y f e d t o t h e P W M g e n e r a t o r o f t h e i n v e r t e r . A s t h e i n h e r e n t d e l a y i n t h e f e e d b a c k c o n t r o l s y s t e m c a n r e s u l t i n e x c e s s i v e o v e r s h o o t o r u n d e r s h o o t i n t h e i n j e c t e d v o l t a g e f o l l o w i n g a s u d d e n c h a n g e i n V 1 , a f e e d f o r w a r d c o n t r o l s i g n a l h a s a l s o b e e n a d d e d t o t h e i n v e r t e r i n p u t \ o i t a g e s i g n a l i n o r d e r t o p r o v i d e i n s t a n t a n e o u s r e s p o n s e t o t h e c h a n g e i n V 1 - 4 3 - r r i ! l . ~ v ' - t - ~ ~ k 1 ' + ~ ~ k I + k \ , . c D V R k \ I L o a d ( r r + s i r ) • n n ( r , + s O i l . - l l . t - , . c I ~ t ~ ( r f + s / 1 ) s C t v - , . , c + ~ n v • ~I v s F i g . 4 . 8 : B l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f D V R s y s t e m w i t h m u l t i - l o o p f e e d b a c k c o n t r o l l e r 4 . 6 D e s i g n o f D V R f o r K a n d a n a W a t e r T r e a t m e n t P l a n t A : - ; d i s c u s s e d i n c h a p t e r 3 , t h e m o s t f r e q u e n t a n d a v e r a g e m a g n i t u d e o f t h e v o l t a g e s a g a t K a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t i s 4 0 % . I t m a y s p e c i f y t h a t t h e D V R b e a b l e t o r e s t o r e a 4 0 % t h r e e p h a s e v o l t a g e s a g i n t h e i n c o m i n g f e e d e r s u p p l y i n g a 4 M V A l o a d d u r i n g a f a u l t l a s t i n g 3 0 0 m s . I n o r d e r t o f u l f i l l d e v i c e s p e c i f i c a t i o n s , t h e f o l l o w i n g d e s i g n c o n s i d e r a t i o n s t h a t i n f l u e n c e t h e r a t i n g a n d p e r f o r m a n c e o f t h e D V R m u s t b e a c c o u n t e d f o r : • P r o t e c t e d l o a d M V A a n d p o w e r f a c t o r • M a g n i t u d e o f t h r e e p h a s e v o l t a g e s a g s t o b e c o m p e n s a t e d a n d f a u l t d u r a t i o n . • P e r m i s s i b l e v o l t a g e d r o p a c r o s s D V R u n d e r s t e a d y s t a t e c o n d i t i o n s . • S h o r t c i r c u i t i m p e d a n c e o f t h e b o o s t e r , n e t w o r k s i d e a n d l o a d s i d e t r a n s f o r m e r s . • W i n d i n g c o n n e c t i o n s o f n e t w o r k a n d l o a d s i d e t r a n s f o r m e r s . • T h r e e p h a s e f a u l t l e v e l a t i n c o m i n g b u s . · r l k r e q u i r e d e n e r g y d u r i n g s a g s h a s t o b e s u p p l i e d b y a n e n e r g y s o u r c e . I n m o s t c a s e s s t o r a g e c . q ' , l c i t o r s r e s u l t i n g i n a d r o p i n D C l i n k v o l t a g e . T h e n e c e s s a r y a m o u n t o f e n e r g y t h a t m u s t b e d l · \ 1 \ ' C r e d b y t h e e n e r g y s o u r c e d e p e n d s o n t h e f i r s t t w o c o n s i d e r a t i o n s m e n t i o n e d a b o v e . - 4 4 - T h e n o m i n a l D C l i n k v o l t a g e i s c h o s e n f o r f u l l u t i l i z a t i o n o f t h e b l o c k i n g c a p a b i l i t i e s o f t h e I G B l s . T h i s i n t u r n h a s a n i n f l u e n c e o n t h e s e l e c t i o n o f w i n d i n g r a t i o o f t h e b o o s t e r t r a n s f o r m e r t o e n a b l e t h e V S C t o c o m p e n s a t e f o r v o l t a g e s a g s a t t h e m i n i m u m D C l i n k v o l t a g e . U n L k r n o r m a l c o n d i t i o n s t h e s h o r t c i r c u i t i m p e d a n c e o f t h e b o o s t e r t r a n s f o r m e r d e t e r m i n e s t h e Y o l t a g e d r o p a c r o s s t h e D V R . T h i s i m p e d a n c e m u s t b e l o w a n d h a s a n i m p a c t o n t h e f a u l t c u r r e n t t h w u g h t h e V S C o n s e c o n d a r y s i d e c a u s e d b y s h o r t - c i r c u i t a t l o a d s i d e . T h e i m p e d a n c e o f t h e boo~tcr t r a n s f o r m e r w a s a f f e c t e d b y f i l t e r d e s i g n . H a r m o n i c s p r o d u c e d b y t h e o p e r a t i o n o f t h e V S C m u s t b e r e d u c e d t o a n a c c e p t a b l e l i m i t v , : i t h n e g l t g i b l e i m p a c t o n t h e l o a d a n d u t i l i t y s u p p l y . A s o p h i s t i c a t e d m o d u l a t i o n s c h e m e i s u s e d t o e f l c c t i v e l y a t t e n u a t e l o w o r d e r h a r m o n i c s w h i l s t a s m a l l f i l t e r o n t h e p r i m a r y s i d e o f t h e b o o s t e r t r a l l s f o r m e r f i l t e r s o u t r e s i d u a l h i g h o r d e r h a r m o n i c s . S t a t i s t i c a l d a t a o n v o l t a g e s a g s s u c h a s a v e r a g e n u m b e r o f t h r e e p h a s e s a g s p e r y e a r . s a g d u r a t i o n , s i z e o f s a g a n d c o s t o f l o s t p r o d u c t i o n h a v e a l s o t o b e c o n s i d e r e d i n o r d e r t o d e s i g n a n e c o n n m i c a l D V R [ 6 ] . 4 . 6 . 1 D e s i g n I s s u e s T h e c o r r e c t s i z i n g o f t h e p a s s i v e e l e m e n t s o f t h e c o m p o n e n t - m i n i m i z e d s t r u c t u r e s p r e s e n t e d p i a ' " a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e c o r r e c t o p e r a t i o n o f t h e c o m p e n s a t o r d u r i n g d i s t u r b a n c e s . r R a t i n g o f I n v e r t e r I n t h i s s t u d y h i s t o r i c a l d a t a a r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e a v e r a g e d e p t h o f t h e v o l t a g e s a g . T h e a v e r a g e d e p t h o f t h e s a g i s 4 0 % . I G B T C u r r e n t i s e q u a l t o l o a d c u r r e n t . V o l t a g e l e v e l o f t h e s y s t e m i s 3 3 k V . I n v e r t e r s w i t c h e s a r e d e s i g n e d t o s u i t f l o w l o a d c u r r e n t . , . , S e l e c t i o n o f I n j e c t i o n T r a n s f o r m e r T h e d e t e c t i o n a n d e v a l u a t i o n o f v o l t a g e s a g i s n e c e s s a r y w h e n m i t i g a t i n g a s a g . O b v i o u s l y , t h e c l a s s i c a l R M S c a l c u l a t i o n c a n b e u s e d t o e v a l u a t e t h e m a g n i t u d e a n d d u r a t i o n o f t h e s a g a c c o r d i n g t o i t s d e f i n i t i o n . T h e " M i s s i n g v o l t a g e T e c h n i q u e " w a s p r o p o s e d a n d t h e m i s s i n g v o l t a g e i s d e f i n e d a s t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e d e s i r e d i n s t a n t a n e o u s v o l t a g e a n d t h e a c t u a l i n s t a n t a n e o u s v a l u e . T h e v o l t a g e s a g c a n b e - 4 5 - - - p e r f e c t l y c o r r e c t e d w h e n a s e r i e s c o m p e n s a t i o n d e v i c e i n j e c t s t h e m i s s i n g v o l t a g e . I n r e a l i t y . a s e r i e s d e v i c e i s d e s i g n e d t o p r o v i d e a c e r t a i n p e r c e n t v o l t a g e i n j e c t i o n , t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s a g i s v e r y i m p o r t a n t i n s i z i n g t h e d e v i c e [ 2 6 ] . T o i n j e c t t h e m i s s i n g , · o l t a g e . t h e i s o l a t i o n t r a n s f o r m e r i s d e s i g n t o h a v e t h e t u r n s r a t i o o f 1 : 1 V o l t a g e R a t i n g o f t h e Transformer~ 3 3 k V L o a d - 4 M V A L o a d C u r r e n t i s e q u a l t o T r a n s f o r m e r l o a d c u r r e n t A t t h e s t a r t i n g o f t h e D V R t h e r e w i l l b e a h i g h i n r u s h c u r r e n t w h i c h m a y d r i v e t h e i n j e c t i o n t r a n s f o r m e r t o i t s s a t u r a t i o n r e g i o n . T o a v o i d t h a t , 1 : h e f l u x h a n d l i n g c a p a b i l i t y o f t h e i s o l a t i o n t r a n s f o r m e r s h o u l d b e a b l e t o h a n d l e t h e d o u b l e o f t h e r a t e d f l u x . , L C F i l t e r T h e m a i n o b j e c t i v e o f t h e L C f i l t e r i s t o r e m o v e h i g h f r e q u e n c y c o m p o n e n t s f r o m t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e i n v e r t e r . H o w e v e r , a n e v a l u a t i o n o f t h e f i l t e r i m m u n i t y a g a i n s t l o a d c u r r e n t h a r m o n i c s s h o u l d b e i n c l u d e d , s i n c e t h e l o a d c u r r e n t s c a n d i s t o r t t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e f i l t e r . T h e i n c r e a s e o f t h e i m m u n i t y i s a c h i e v e d w i t h t h e u t i l i z a t i o n o f a h i g h e r f i l t e r c a p a c i t a n c e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e h i g h e r t h e c a p a c i t a n c e o f t h e f i l t e r . t h e h i g h e r t h e r e a c t i v e c u r r e n t n e c e s s a r y t o e s t a b l i s h t h e o u t p u t v o l t a g e . w h i c h i n c r e a s e s t h e r e q u i r e d p o w e r r a t i n g o f t h e i n v e r t e r s w i t c h e s [ 2 3 ] . I n t h i s d e s i g n o f L C f i l t e r t h e T H D i s l e s s t h a n 2 % a n d s w i t c h i n g f r e q u e n c y i s t a k e n a s 5 k H z c o n s i d e r i n g t h e t e c h n i c a l l i t e r a t u r e s . , E n e r g y S t o r a g e D C C a p a c i t o r T h e c a p a c i t o r i s c h a r g e d f r o m s o u r c e d u r i n g t h e n o r m a l c o n d i t i o n s . a n d i t s u p p l i e s t h e a c t i v e p o w e r t o l o a d d u r i n g t h e f a u l t c o n d i t i o n . T h e c r i t i c a l i s s u e i n t h e d e s i g n o f t h e c a p a c i t o r i s t h e a m p l i t u d e a n d d u r a t i o n t i m e o f t h e f a u l t . S o i f w e k n o w t h o s e p a r a m e t e r s . t h e c a p a c i t a n c e c a n b e c a l c u l a t e d f r o m t h e v i e w p o i n t o f i n p u t I o u t p u t e n e r g y [ 2 4 ] . F o r c o n v e n i e n c e , w e w i l l a s s u m e t h a t : 1 . N o l o s s i n t h e s w i t c h i n g e l e m e n t s a n d o u t p u t f i l t e r . 2 . N o l o s s i n t h e t r a n s f o r m e r - 4 6 - D V R w a s d e s i g n e d t o c o m p e n s a t e p r e - s a g v o l t a g e . T h e l o a d v o l t a g e i s c o m p e n s a t e d b y t h e m e t h o d o f p r e - s a g v o l t a g e . p u \ O l t a g e ~\ . o • r e - S a g l o a d \Oita~~ V s ~ / -~.l/'"J - : : _ P P r e - S a g ~up p l y Y o l t a g c ; . F i g . 4 . 9 : P r e - s a g v o l t a g e c o m p e n s a t i o n : , 1 r p r e - s a g c o m p e n s a t i o n f ' : w R = P l o a d - P s u p p l y l l j u a t i o n ( 4 . 6 ) c a n b e w r i t t e n a s t ' c ) V R = P l o a d - L f = l v , I l c o s ( 0 + 8 j ) 4 X 1 0 3 - - - = 6 9 . 9 8 ~ 7 0 A { 3 X 3 3 \ \ h e r e V 1 - S a g V o l t a g e 1 1 - L o a d V o l t a g e < P - P h a s e A n g l e 8 - A n g l e b e t w e e n s a g v o l t a g e a n d l o a d v o l t a g e ' h e n 1 ) o v R = P l o a d - 3 V s l l c o s ( 0 + 8 ) ( 4 . 6 ) ( 4 . 7 ) ( 4 . 8 ) i ' - . a n d a n a T r e a t m e n t p l a n t h a s 0 . 8 5 p o w e r f a c t o r l a g g i n g v o l t a g e a n d a s s u m e d 8 = I 0 ° . V o l t a g e s a g - ; 4 0 % a n d a v e r a g e d u r a t i o n i s 3 0 0 m s . - 4 7 - ~u~1stituting v a l u e s t o E q n . ( 4 . 8 ) l h c : n I ) D \ ' R = 4 x 1 0 3 x 0 . 8 5 - 3 V s l 1 c o s ( 0 + 8 ) 3 3 f l , , p p l y = 3 X { 3 X 0 . 6 X c o s ( 3 1 . 8 + 1 0 ) X 7 0 X 1 0 - 3 M W i , , p p t y = 1 7 8 9 . 6 k W v R = 3 4 0 0 - 1 7 8 9 . 6 p l l V R = 1 6 1 0 . 4 k W , d c o n s i d e r e n e r g y o f D V R i s E o v R : : i - : : 1 1 t~ . J V R = P o v R X T s a g \ \ h e r e : ' " i g - - D u r a t i o n o f S a g ~: J V R = 1 6 1 0 . 4 X 0 . 3 E o v R = 4 8 3 k J l ) u l 1 ( 2 2 ) t , , W R = 2 C V M a x - V M i n l . . : t u s t a k e \ \ l : n = 0 . 8 V D C \ , ) , = 4 0 k V 1 L D V R = - X ( X ( 1 2 - 0 . 8 2 ) X ( 4 0 X 1 0 3 ) 2 2 1 r 8 3 = z X ( X 0 . 3 6 X 4 0 2 i 1 e n . c = 1 . 6 7 m F ; { e q u i r e d C a p a c i t o r f o r e n e r g y s t o r a g e i s 1 . 6 7 m F . - 4 8 - ( 4 . 9 ) ( 4 . 1 0 ) c : h a p t e r 5 M o d e l i n g a n d S i m u l a t i o n 5 . 1 M o d e l i n g o f D y n a m i c V o l t a g e R e g u l a t o r ( D V R ) I ; 1 - . . c h a p t e r d i s c u s s e s t h e c o m p u t e r m o d e l i n g o f a D y n a m i c V o l t a g e R e g u l a t o r i n M A T L A B I S I \ l l 1 U N K e n v i r o n m e n t . T h e n a m e M A T L A B s t a n d s f o r M A T r i x L A B o r a t o r y a n d i s a s ' d 1 \ \ a r e p a c k a g e w i t h h i g h p e r f o r m a n c e n u m e r i c a l c o m p u t a t i o n a n d v i s u a l i z a t i o n . I t p r o v i d e s a n 1 1 : ! c r a c t i v e e n v i r o n m e n t w i t h l o t s o f b u i l t - i n f u n c t i o n s f o r t e c h n i c a l c o m p u t a t i o n , g r a p h i c s a n d a n P n a t i o n . S i m u l i n k i s a s o f t w a r e p a c k a g e c o o p e r a t e d i n M A T L A B f o r m o d e l i n g , s i m u l a t i n g a n d a r u i \ z i n g d y n a m i c s y s t e m s . I t s u p p o r t s l i n e a r a n d n o n - l i n e a r s y s t e m s m o d e l e d i n c o n t i n u o u s t i ' l h . . ' . s a m p l e d t i m e o r a h y b r i d o f t h e t w o . I 1 r h i s t h e s i s D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r i s s e l e c t e d f o r t h e m o d e l i n g . F i g u r e 5 . 1 g i v e s t h e D V R \ \ t i l c l o s e d l o o p m o d e l f o r c o m p e n s a t i n g a v a i l a b l e v o l t a g e s a g a t k a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t . I 1 1 , · c o m p l e t e m o d e l i s d e v e l o p e d i n n u m b e r o f s t e p s , w h i c h c o r r e s p o n d s t o t h e d e v e l o p m e n t o f n u m c o m p o n e n t s o f t h e D V R a n d t h e c o n n e c t e d p o w e r s y s t e m . D V R h a s b e e n m o d e l e d w i t h c · n t r o l t y p e s s u c h a s o p e n l o o p a n d c l o s e d l o o p . F i g u r e 5 . 2 s h o w s t h e D V R m o d e l w i t h o p e n '''''~'· 5 . 1 . 1 M o d e l o f C o n t r o l B l o c k ' l l t r o l b l o c k i s a m a j o r p a r t o f t h e D V R m o d e l . C l o s e d l o o p c o n t r o l b l o c k c o n s i s t s o f t h r e e \ · ' ! t a g e g a i n b l o c k s p e r p h a s e h a v i n g k v = 1 . 2 , k c = 5 0 a n d k n a = 1 / V r m s · B u t o p e n l o o p c o n t r o l h . • c k h a s o n l y o n e v o l t a g e g a i n b l o c k p e r p h a s e . D i s c r e t e P W M g e n e r a t o r b l o c k s a r e i n c l u d e d i n t , , , , h c o n t r o l l e r s . T h e y c o n s i s t o f t h r e e a r m b r i d g e s w i t h s i x p u l s e s . C a r r i e r f r e q u e n c y s e l e c t e d t 1 t h e m o d e l i s 5 k H z a n d s a m p l e t i m e o f b o t h c o n t r o l l e r s i s 1 x 1 o - 6 s . F i g u r e 5 . 3 a n d 5 . 4 s h o \ V ( 1 , • s e d l o o p c o n t r o l b l o c k a n d o p e n l o o p c o n t r o l b l o c k r e s p e c t i v e l y . - 4 9 - VS3 vsb vsc I I L.-.-.1\/SA D ~ I I _ .IVSB vlabc1 I _ .lvsc IAA!l----.IA Com H II IA.B I I ~jc_::j IA.C Load " " " 'l l . . . .,_ ,..l+dc • DC : : ' · i T I I AI'""' I _ DVR c- r L _ _ j - - vr1!fabc ,..~r----- Reference pwm icabc , . . - - - - - - - - - ~ r------------------~~ DVR Controller 1 Fig.5.l: M odel of the Dynamic Voltage Rutorerwitlt closei loop controller B vi abc I ·B ilabc 1screte system Ts=1e-006 0 ";' vsa vsb vsc com r - - vs aban 1 Source D r _ _ 13... 'oiSabc l [J ' - - - - - - - - liSA \i1..A ~ A Ill Com VSB l vsc lAB~ . . . B vm abc LJo. ide ~ c im abc I : -de Load lAC Pulse DVR . . - - vref I vrefab c L.. ' - - - - Reference pwm vsabcc L.. DVR Controller 1 Fig5.2: M odel ofDynam ic Voltage Restorer with open loop controller .. B vi abc B ilabc 1screte system Ts=1e..006 ' ":' i c a b c v s : a b c c .-.~ISigna l(s) P u l s • s f-+.~~ W . . - p w m F i g . 5 . 3 : S i m u l i n k B l o c k f o r c l o s e d l o o p c o n t r o l l e r . - - - - - - - - - . 8 v l a b c D i s c r e t e P W M G e n e r • t o r 1 8 V l . i b C 1 .-.~I Si g n a l ( < ) Pu l s • s f-+.~~ W . . - p w m k n c ' - - - - - - - - - - + - 8 v 1 a b c 1 8 v 1 a b c 2 F i g . 5 . 4 : S i m u l i n k B l o c k f o r o p e n l o o p c o n t r o l l e r - 5 2 - D i s c r e t e P W M G e n e r • t o r 1 8 v 1 a b c 3 5 . 1 . 2 M o d e l o f i n j e c t i o n T r a n s f o r m e r T h i s b l o c k h a s t h r e e t w o w i n d i n g t r a n s f o r m e r h a v i n g p o w e r o f 4 k V A . T h e s e t h r e e t r a n s f o r m e r s f e d f r o m L C f i l t e r . O u t p u t o f t h e t r a n s f o r m e r s i s c o n n e c t e d t o t h e l o a d . F i g u r e 5 . 5 s h o w s t h e C o m p o n e n t o f t h e t r a n s f o r m e r s ~liE~ I~ C o m II~~ B l b 11 ~.--.-~~ - - - -- ~~ l o c F i g . 5 . 5 : S i m u l i n k B l o c k f o r I n j e c t i o n T r a n s f o r m e r 5 . 1 . 3 M o d e l o f I n v e r t e r I n v e r t e r b l o c k i s t a k i n g D C v o l t a g e f r o m D C s o u r c e w h i c h h a v i n g 4 0 , 0 0 0 V . T h e b l o c k p a r a m e t e r s w e r e s e l e c t e d t o d e r i v e t h r e e a r m I G B T b r i d g e . T h e I G B T b r i d g e o u t p u t i s c o n n e c t e d t o R L s m o o t h i n g c i r c u i t . F i g u r e 5 . 6 s h o w s t h e m o d e l o f t h e i n v e r t e r . D , I~ 9 . ? L _ _ S ~ ; ; r - - v s c c = > V L A A F i g . 5 . 6 : S i m u l i n k B l o c k f o r I n v e r t e r - 5 3 - 5 . 2 S i m u l a t i o n a n d R e s u l t s A d e t a i l e d s i m u l a t i o n o f t h e D V R c o n t r o l s y s t e m , u s i n g M A T L A B / S I M U L I N K p r o g r a m w e r e c a r r i e d o u t i n o r d e r t o v e r i f y t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e p r o p o s e d c o n t r o l t e c h n i q u e . I n t h e s i m u l a t i o n , t h e i n v e r t e r h a s b e e n r e a l i s t i c a l l y m o d e l e d t o r e p r e s e n t t h e s w i t c h i n g n a t u r e o f t h e p r o c e s s . T h e p a r a m e t e r s f o r t h e D V R s i m u l a t i o n a r e o b t a i n e d u s i n g t h e c o n f i g u r a t i o n a s s h o w n i n F i g . 5 . 7 a n d a s s u m i n g a 3 3 k V d i s t r i b u t i o n s y s t e m d e l i v e r i n g a l o a d o f 4 M V A . T h e f i l t e r . . i n d u c t o r a n d c a p a c i t o r v a l u e s h a v e b e e n d e t e r m i n e d f o r t h i s p a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n o n t h e a s s u m p t i o n t h a t s w i t c h i n g h a r m o n i c s a b o v e 5 k H z a r e a t t e n u a t e d b y a t l e a s t 4 0 d B . T h e p a r a m e t e r s o f t h e D V R s y s t e m a r e a s f o l l o w s . S u p p l y V o l t a g e S e r i e s t r a n s f o r m e r t u r n s r a t i o D C l i n k V o l t a g e F i l t e r C a p a c i t a n c e F i l t e r I n d u c t a n c e : 3 3 k V : 1 : 1 : 4 0 k V : l O O J . ! F : 5 m H P o w e r s y s t e m P C C D V R L o a d b u s - - - - - - - - - - - - - - - - + · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - : : - - - - - - - v a -, : i · - - - - - z / - ~ ; ; - - - - - - + - l c · , - - - + r· - I f - - - , - v , 1 ~~ R , ~ 1 x, j v , . } , - ' - - - - - - ' - - . , - I - - - - - - - - - I I I I I I I I 1 E n e r g y I 1 S t o r a g e I I I _ - - - - - - - - - - - - - - - _V S I - - - - _ I F i g . 5 . 7 : S c h e m a t i c D i a g r a m o f D V R L o a d P o w e r s o u r c e s u p p l i e s t h e R - L l o a d t h r o u g h a b a n k o f s e r i e s i n j e c t i o n t r a n s f o r m e r s . T h e i n j e c t i o n t r a n s f o r m e r p r i m a r y w i n d i n g s a r e c o n n e c t e d t o t h e P W M v o l t a g e s o u r c e i n v e r t e r v i a t h e L C l o w p a s s f i l t e r . T h e v o l t a g e s o u r c e i n v e r t e r c o n s i s t s o f s i x I G B T s w i t c h e s w i t h a n t i - p a r a l l e l e d d i o d e s - 5 4 - c o n n e c t e d a c r o s s e a c h s w i t c h . T h e d e - l i n k o f t h e i n v e r t e r i s f e d b y a s e p a r a t e p o w e r s u p p l y . T h e s a m p l i n g f r e q u e n c y o f t h e c o n t r o l s y s t e m i s s e t a t 5 k H z . T h e p a r a m e t e r s o f t h e p r o p o s e d c o n t r o l l e r a r e k v = 1 . 2 a n d k c = 5 0 . 5 . 2 . 1 D V R w i t h O p e n - L o o p C o n t r o l S y s t e m > . . . . . . J g > . . . . . . f X 1 0 4 I n p u t V o l t a g e 4 2 l < I I _ . . . - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . . . - - - - - - - - - - - · - - - - - - - - - - - _ , _ - - - - - - - - - - . . . . _ - - - - - - - - - - _ _ __ _ , . , ~ -- ' I I I 0 - 2 ' ' ' _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , . . . . _ _ ' ' ' ' ' ' ' 4~---~~---~------~-------L------~------~------L----~~---~------~ 0 X 1 0 4 4 4 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 L o a d V o l t a q e 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 T i m e / s 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 F i g . 5 . 8 : S u p p l y V o l t a g e w i t h 4 0 % V o l t a g e s a g a n d C o m p e n s a t e d l o a d v o l t a g e ( o p e n l o o p ) C o n s i d e r a n o c c u r r e n c e o f t h r e e p h a s e s , 4 0 % v o l t a g e s a g s t a r t e d a t . 0 2 s e c w h i c h l a s t s f o r 1 0 c y c l e s a s s h o w n i n f i g u r e 5 . 8 . T h e c o m p e n s a t e d l o a d v o l t a g e i s a l s o s h o w n i n b o t t o m f i g u r e o f f i g u r e 5 . 8 . T h e w a v e f o r m s a r e o b t a i n e d f r o m s i m u l a t i o n s c a r r i e d o u t w i t h a d e t a i l e d m o d e l o f t h e d y n a m i c v o l t a g e r e s t o r e r i n c l u d i n g t h e p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n p r o c e s s . A c c o r d i n g t o t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w n i n f i g u r e 5 . 8 i t c a n b e s e e n t h a t t h e r e i s a v o l t a g e s p i k e a t t h e e n d o f t h e s a g o w i n g t o s u d d e n r e c o v e r y o f t h e s a g . T h e s e s h a r p s p i k e s d u e t o o p e n l o o p c o n t r o l o f t h e m o d e l o f D V R . A l s o o p e n l o o p c o n t r o l d e p i c t s . - 5 5 - • G u a r a n t e e d s t a b i l i t y • P o o r d y n a m i c p e r f o r m a n c e s • I n a d e q u a t e s t a b i l i t y m a r g i n • N o s u f f i c i e n t d a m p i n g t o c o n t r o l l a r g e o v e r s h o o t . • P o o r d a m p i n g r e s u l t s i n s u s t a i n e d o s c i l l a t i o n s i n c o m p e n s a t e d v o l t a g e . 5 . 2 . 2 D V R w i t h C l o s e - L o o p C o n t r o l S y s t e m . . A c c o r d i n g t o t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w n i n f i g u r e 5 . 9 , s h a r p s p i k e s a r e n o t a v a i l a b l e i n l o a d v o l t a g e w a v e f o r m s a t t h e e n d o f t h e v o l t a g e s a g . D V R w i t h c l o s e d l o o p c o n t r o l h a s b e e n u s e d . T h e s e s i m u l a t i o n s h a v e b e e n c a r r i e d o u t f o r v o l t a g e s a g s u p t o 9 0 % a n d a n e x c e l l e n t D V R o u t p u t b e h a v i o r w i t h a b a l a n c e d a n d n o m i n a l a m p l i t u d e s i n u s o i d a l w a v e f o r m h a s b e e n a c c o m p l i s h e d . 1 - - - · · - - > - t 0 > - 1 , - . . . . . . . . . - . . . . - , - - - ' ' ' - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - " - - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - · - ' ' ' ' ' ' 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 2 > 1 - - · - t 0 0 > - 1 ~~------~------~------~-------L-------L---------------~~------L-------~---~ 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 F i g . 5 . 9 : S u p p l y V o l t a g e w i t h 4 0 % V o l t a g e s a g a n d C o m p e n s a t e d l o a d v o l t a g e ( c l o s e d l o o p ) - 5 6 - F i g u r e 5 . 1 0 s h o w s t h e c o m p e n s a t e d v o l t a g e f r o m D V R c o n t r o l l e r . D u r i n g s a g c o n t r o l l e r g e n e r a t e t h e v o l t a g e i n o r d e r t o c o m p e n s a t e t h e v o l t a g e s a g . 0 . 5 . - - - - - - - , - - - - - - - , - - - - - - - . - - - - - - - - , - - - - - - - , - - - - - - - , - - - - - - - , - - - - - - - , - - - - - - - - . - - - - - - , 1 - - - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' ' ' 0.4 ~----- - - -- --..l-- ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' - - · - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' - - · - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' 0 . 1 - - · - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - - : - - - - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - - - - ~ ' ' I - o . 1 ~----------- · -- · ·--- · · -- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - - - - ' ' ' ' ' ' - - · - - - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' ' ' ' - o . s o 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 - 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 T i m e I s F i g . 5 . 1 0 : C o m p e n s a t i o n v o l t a g e - 5 7 - C h a p t e r 6 c : o n c l u s i o n R e c o m m e n d a t i o n s a n d F u t u r e w o r k 6 . 1 C o n c l u s i o n l l 1 1 s t h e s i s d i s c u s s e d a b o u t t h e P o w e r q u a l i t y p r o b l e m s a t K a n d a n a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t w h e r e ~cnsitive e q u i p m e n t a r c u s e d f o r d i f f e r e n t s t a g e s o f w a t e r t r e a t m e n t a n d d i s t r i b u t i o n p r o c e s s . F o r t h 1 s s t u d y a P Q a n a l y z e r w a s u s e d a t H o r a n a G r i d S u b s t a t i o n a n d a s w e l l a s t h e i n c o m i n g b u s o f t h e k a n d a n a t r e a t m e n t p l a n t . A f t e r a n a l y z i n g t h e l o g g e d d a t a , i t w a s r e v e a l e d t h a t t h e d o m i n a n t j l P \ v c r q u a l i t y p r o b l e m f a c e d i s t h e v o l t a g e s a g . ' ( > ! u t i o n t o v o l t a g e s a g p r o b l e m c a n b e m a d e a t t w o l e v e l s . S y s t e m l e v e l s o l u t i o n a l s o c a n b e l l L t d c a t l o c a t i o n s s u c h a s a t f a u l t l o c a t i o n a n d p o w e r s y s t e m l e v e l . T h u s t h e s o l u t i o n s a r e i n t h e > 1 r 1 1 1 o f r e d u c i n g n u m b e r o f f a u l t s a n d d u r a t i o n s . P r e v e n t i o n a c t i o n m a y i n c l u d e m a i n t e n a n c e I ' \ > ! i c y . a d d i n g l i g h t i n g a r r e s t o r s t o f e e d e r s , w a s h i n g i n s u l a t o r s . A l s o f a u l t s d u e t o l i g h t n i n g c a n ' ' l r e d u c e d l o w e r i n g t o w e r f o o t g r o u n d i n g r e s i s t a n c e , a d d i n g a n o t h e r s h i e l d i n g w i r e . T h e , ! u r a t i o n o f t h e v o l t a g e s a g c a n b e r e d u c e d r e p l a c i n g e x i s t i n g p r o t e c t i v e d e v i c e s w i t h f a s t a c t i n g d l ' i c e s . H o w e v e r , t h e a b o v e f e a s i b l e s o l u t i o n s a r e a l r e a d y d o n e a n d s o m e a r e n o t e c o n o m i c a l l y 1 . . . ' . t s i b l e a s t h e p o w e r s y s t e m s h a v e b e e n o p e r a t i n g f o r 1 0 t o 2 0 y e a r s o r e v e n m o r e . T h u s d e v i c e , _ , , c l s o l u t i o n h a s b e c o m e m o r e e c o n o m i c a l l y a n d t e c h n i c a l l y f e a s i b l e f o r v o l t a g e s a g m i t i g a t i o n . 1 J u t o f t h e f o l l o w i n g c u s t o m p o w e r d e v i c e s , D V R i s r e c o m m e n d e d t o m i t i g a t e t h e v o l t a g e s a g : ' t \ l b l c m a t K a n d a n a W a t e r T r e a t m e n t P l a n t . • S t a t i c T r a n s f e r S w i t c h ( S T S ) • U n i n t e r r u p t i b l e p o w e r s u p p l y ( U P S ) • S h u n t c o n n e c t e d v o l t a g e s o u r c e c o n v e r t e r ( S T A T C O M ) . • S e r i e s c o n n e c t e d v o l t a g e s o u r c e c o n v e r t e r ( D V R ) . • U n i f i e d p o w e r q u a l i t y c o n t r o l l e r ( U P Q C ) . ' 1 s u n d e r s t o o d t h a t t h e v o l t a g e s a g s a r e m o s t d o m i n a n t f a c t o r a s f a r a s i n d u s t r i e s u s i n g s e n s i t i v e , • n t r o l s y s t e m s a r e c o n c e r n e d . I t i s a l s o r e c o m m e n d e d t h a t v o l t a g e s a g s a r e t o b e c o n t i n u o u s l y - 5 8 - r m · 1 l \ ) r e d f o r t h e p e r i o d o f o n e y e a r . T h i s r e q u i r e m e n t i s h a r d t o b e a c h i e v e d b y u s i n g a p o r t a b l e P C , ' .:~1alyzing u n i t . T o i m p l e m e n t a n y P Q i m p r o v i n g p r o g r a m , e x a c t c a u s e f o r P Q v i o l a t i o n h a s h 1 "~. t ( n m d . Sct1~1tive l o a d s c a n b e m a i n l y c a t e g o r i z e d a s m a g n i t u d e s e n s i t i v e , p h a s e s e n s i t i v e a n d b o t h m a ! . ! . ; J i t u d e a n d p h a s e s e n s i t i v e t o t h e s u p p l y v o l t a g e . I t c a n b e s e e n t h a t t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e s C J h t t i v e l o a d c a n b e c o r r e c t e d u s i n g p r o p o s e d D V R c o n t r o l m e t h o d w h i c h h a s g o o d e c o n o m i c a l a d 1 ~~ntage. f u r t h e r m o r e , t h e r a t i n g o f t h e D V R c o u l d b e r e d u c e d , I f o n l y t h e c r i t i c a l l o a d i s c u n : - - 1 d e r e d . T h i s w i l l r e d u c e t h e c o s t o f t h e D V R . l h · p r o p o s e d c l o s e d l o o p c o n t r o l l e r h a s i n c r e a s e d t h e q u a l i t y o f l o a d v o l t a g e b y c o n t i n u o u s l y m . t 1 : 1 t a i n i n g t h e v o l t a g e w i t h i n a l l o w a b l e l i m i t s i n t h e f a c e o f s u p p l y d i s t u r b a n c e s . S u c h b e h a v i o r i s : t ' m o s t i m p o r t a n t a s t h e D V R i s s u p p o s e d t o s a f e g u a r d h i g h l y p r i c e d i n d u s t r i a l p r o c e s s e s . T o i n 1 1 ' i c m e n t t h e D V R n e e d a b i g l a n d a r e a . K a n d a n a a r e a h a s l o t s o f b a r e l a n d s . T h e r e f o r e p 1 . ' l l l ) S c d D V R c a n b e i m p l e m e n t e d n e a r t h e t r e a t m e n t p l a n t . 6 . 2 F u t u r e W o r k \ • ! t a g e s a g s u r v e y d u r a t i o n a t K a n d a n a t r e a t m e n t p l a n t i s n o t s u f f i c i e n t s t u d y i n d e t a i l . I n f u t u r e . p 1 , 1 p o s e d t o s t u d y t h e s e a s o n a l v a r i a t i o n s o f a t m o s p h e r i c c o n d i t i o n w i t h t h e s a g c o n d i t i o n s . T h e s r . r ' e y p e r i o d m u s t b e s u f f i c i e n t l y l o n g . I t i s a c c e p t e d t h a t a m i n i m u m p e r i o d f o r a c c e p t a b l e r ' , . t l t i s o n e y e a r . I l l · , 1 g n o f D V R s h o u l d b e i m p l e m e n t e d a n d h a v e t o b e c h e c k e d w h e t h e r i t o p e r a t e s e f f i c i e n t l y a , , e f f e c t i v e l y . D e s i g n e d D V R c o n t r o l p a r a m e t e r s a r e n o t r e a l t i m e p a r a m e t e r s . T h e r e f o r e . b . 1 1 1 r e i m p l e m e n t a t i o n s h o u l d b e b u i l t a p r o t o t y p e . R e a l t i m e a d j u s t m e n t m u s t b e d o n e a n d i · n : , l e m e n t t h e h a r d w a r e s y s t e m . G a i n s h a v e t o b e f i n e t u n e d b e f o r e i m p l e m e n t a t i o n . I t i s I ' ' ' • p o s e d t h a t t h e d e s i g n p a r a m e t e r s s h o u l d b e r e v i e w e d i n o r d e r t o o v e r c o m e t h e v o l t a g e s a g l ' ' ' • h l e m a t K a n d a n a T r e a t m e n t P l a n t . - 5 9 - R e f e r e n c e s / I I R o g e r . C . D u g a n , M a r k F M c G r a n a g h a n , S u r y a S a n t o s o a n d H . W a y n e B e a t y , " P o w e r S y s t e m Quality~ S e c o n d E d i t i o n ' ' , M c G r a w H i l l . 2 0 0 4 . [~I G u l a l i Y a l c i n k a y a , M a t h . H . J . B o l l e n , a n d P e t e r . A . C r o o s l e y , " C h a r a c t e r i z a t i o n o f V o l t a g e S a g s i n I n d u s t r i a l D i s t r i b u t i o n S y s t e m s " , I E E E T r a n s . o n I n d u s t r y A p p l i c a t i o n s , V o l . 3 4 , N o . 4 . p p . 6 8 2 ~ 6 8 8 , J u l y / A u g u s t 1 9 9 8 . f ~I M F . M c G r a n a g h a n . D . R . M u e l l e r , a n d M . J . S a m o t y j , " V o l t a g e S a g s i n I n d u s t r i a l S y s t e m s , ' ' I E E E T r a n s . I n d u s t r y A p p l i c a t i o n s , v o l . 2 9 , N o . 2 , p p . 3 9 7 - 4 b 3 , M a r c h I A p r i l 1 9 9 3 . [ 4 1 M . H . J . B o l l e n . " U n d e r s t a n d i n g P o w e r Q u a l i t y P r o b l e m s ; v o l t a g e s a g s a n d i n t e r r u p t i o n s " , N e w Y o r k . I E E E P r e s s , 1 9 9 9 . [ ) 1 G . F . R e e d , M . T a k e d a . a n d I . I y o d a , " I m p r o v e d P o w e r Q u a l i t y S o l u t i o n U s i n g A d v a n c e d S o l i d - S t a t e S w i t c h i n g a n d S t a t i c C o m p e n s a t i o n T e c h n o l o g i e s " , I E E E P o w e r E n g i n e e r i n g S o c i e t y W i n t e r M e e t i n g , v o l . 2 , p p . 1 1 3 2 - 1 1 3 7 , 1 9 9 9 . f i ' T . W u n d e r l i n . 0 . A m h o f , P . D a h l e r , a n d H . G u n n i n g , " P o w e r S u p p l y Q u a l i t y I m p r o v e m e n t w i t h a D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r ( D V R ) , ' ' 1 9 9 8 P r o c e e d i n g s o f E M P D ' 9 8 , V O L . 2 , P P . 5 1 8 ~ 5 2 5 , 1 9 9 8 . f 7 i R . T o u n s i , P . M i c h a l a k , H . P o u l i q u e n , a n d H . F o c h . , ' ' S e r i e s C o m p e n s a t o r V o l t a g e D i p s : C o n t r o l S t r a t e g y " , E P E ' 9 7 , P P . 4 9 2 9 ~ 4 9 3 4 , 1 9 9 7 . f 8 · S t e p h e n W . M i d d l e k a u f f a n d E . R a n d o l p h C o l l i n s , " S y s t e m a n d C u s t o m e r I m p a c t : C o n s i d e r a t i o n s f o r S e r i e s C u s t o m P o w e r D e v i c e " , I E E E T r a n s . o n P o w e r D e l i v e r y . v o l . 1 3 . N o . 1 . p p . 2 7 8 ~ 2 8 2 , J a n u a r y 1 9 9 8 . j 0 S . S . C h o i , B . H . L i a n d D . M . V i l a t h g a m u w a , " D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r a t i o n w i t h M i n i m u m E n e r g y I n j e c t i o n " , I E E E T r a n s . o n P o w e r S y s t e m s , v o l . 1 5 , N o . 1 , F e b r u a r y 2 0 0 0 . / 1 1 ' I A . S a n n i n o a n d I . S v e n s s o n , " A S e r i e s C o n n e c t e d V o l t a g e S o u r c e C o n v e r t e r f o r V o l t a g e S a g M i t i g a t i o n U s i n g V e c t o r C o n t r o l a n d a F i l t e r C o m p e n s a t i o n A l g o r i t h m " . / 1 2 0 0 0 I E E E I n d u s t r y A p p l i c a t i o n s C o n f e r e n c e , 3 5 1 1 1 I A S A n n u a l M e e t i n g , p p . 2 4 7 6 - 2 4 8 1 , 2 0 0 0 . / 1 . . E l e c t r o t e k Concepts~ V o l t a g e s a g s t u d i e s , w w w . e l e c t r o t e k . c o m / v o l t s a g . h t m I I , M . V i l a t h g a m u w a , A . A . D . R . P e r e r a a n d S . S . C h o i , " P e r f o r m a n c e I m p r o v e m e n t o f t h e D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r w i t h C l o s e d L o o p L o a d V o l t a g e a n d C u r r e n t M o d e C o n t r o l " . I E E E T r a n s . o n P o w e r E l e c t r o n i c s , v o l . 1 7 , N o . 5 , p p . 8 2 4 ~ 8 3 4 , S e p t e m b e r 2 0 0 2 . / 1 - l I E E E R e c o m m e n d e d P r a c t i c e f o r M o n i t o r i n g E l e c t r i c P o w e r Q u a l i t y p p 1 - 1 7 , I E E E S t d 1 1 5 9 - 1 9 9 5 - 6 0 - [I~ I A m b r a S a n n i n n o . M . G . M i l l e r a n d M a t h . H . J . B o l l e n " O v e r v i e w o f v o l t a g e s a g m i t i g a t i o n " . p p 2 8 7 2 - 2 8 7 8 . [ I ( 1 1 C h r i s t o p e r J . M e l h o r n , T i m o t h y D . D a v i s a n d G e o r g e E . B e a m , " V o l t a g e s a g s : T h e i r i m p a c t o n t h e u t i l i t y a n d i n d u s t r i a l c u s t o m e r s " . I E E E T r a n s . O n I n d u s t r y A p p l i c a t i o n s v o l . 3 4 N o . 3 . p p 5 4 9 5 5 8 . M a y / J u n e 1 9 9 8 . [ 1 ~ 1 R . L a m e d i c a . G . E s p o s i t o , E . T i r o n i . D . Z a n i n e l l i a n d A . P r u d e n z i . " A s u r v e y o n p o w e r q u a l i t y c o s t i n i n d u s t r i a l c u s t o m e r s ' ' p p 9 3 8 - 9 4 3 . [I~ I E t x e b e r r i a - O t a d u i , U . V i s c a r r e t , S . B a c h a , M . C a b a l l e r o a n d R . R e y e r o , · ' E v a l u a t i o n o f D i t i e r e n t S t r a t e g i e s f o r s e r i e s v o l t a g e s a g c o m p e n s a t i o n . P p 1 7 9 7 - 1 8 0 Q . [ l l J I M . V i l a t h g a m u w a , A . A . D . R . P e r e r a , S . S . C h o i a n d K . J . T s e n g , " C o n t r o l o f e n e r g y o p t i m i z e d d y n a m i c v o l t a g e r e s t o r e r " p p 8 7 3 - 8 7 8 . [ 2 0 I · ' I E E E R e c o m m e n d e d P r a c t i c e f o r M o n i t o r i n g E l e c t r i c P o w e r Q u a l i t y " p p 1 - 7 0 [ 2 1 1 E n g . K . P . K u s u m S h a n t h i " M a s t e r o f S c i e n c e D e s s e r t a t i o n , B e n c h m a r k t h e s r i I a n k a n p o w e r s y s t e m b y p o w e r q u a l i t y m o n i t o r i n g a n d a n a l y s i s " 2 0 0 6 . [2~ I M a r i o F a b i a n o A l v i s , T a t i a n a N e s r a l l a R i b e i r o . " a n o v e r v i e w o f I E C & I E E E S t a n d a r d s & A p p l i c a t i o n c r i t e r i a " , p p 5 8 5 - 5 8 9 . [ 2 i I S i d e l m o M . S i l v a a n d B r a z J . C a r d o s o F i l h o , " C o m p o n e n t - M i n i m i z e d V o l t a g e S a g C o m p e n s a t o r s " p p 8 8 3 - 8 8 9 . 2 0 0 2 . [ 2 - 1 1 S . L e e . J . C h o i a n d H . H o n g . " P o w e r Q u a l i t y E n h a n c e m e n t i n D i s t r i b u t i o n L i n e u s i n g S e r i e s C o m p e n s a t o r " p p 1 5 9 5 - 1 6 0 0 , 2 0 0 0 . [ 2 : ' I A . A . D . P e r e r a . " D e v e l o p m e n t o f c o n t r o l l e r s f o r t h e d y a n a m i c v o l t a g e r e s t o r e r . " M . E n g . t h e s i s , 2 0 0 0 . [ 2 ( 1 I X i a o X i a n g n i n g . X u Y o n g h a i a n d L i u L i a n g u a n g , " S i m u l a t i o n a n d A n a l y s i s o f V o l t a g e S a g M i t i g a t i n g u s i n g A c t i v e S e r i e s V o l t a g e I n j e c t i o n " p p 1 3 1 7 - 1 3 2 2 , 2 0 0 0 . [ 2 -~ L o n g T e r m T r a n s m i s s i o n D e v e l o p m e n t P l a n - ( 2 0 0 6 - 2 0 1 5 ) . C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d - 6 1 - oi: i ~ ' ,, h t t it "'I' I 6! I I i i c: 0 · - . . ., «< ;; .a ::s 0 , · -"'"" Cl ftS c ftS - 0 :E: 0 .lll:: - 0 .! c» z c ~ 0 · - ~ . . ., :s • • .a · - ~ ... . . ., = C/) . -. . . . ~ Q . a Q . < A p p e n d i x C L i s t o f P u m p s a t K a n d a n a W a t e r T r e a t m e n t P l a n t F a c i l i t y / E q u i p m e n t S p e c i f i c a t i o n P o w e r ( k W ) T o t a l N o . o f R e m a r k s M o t o r s O l . l n t a k e F a c i l i t y C o a r s e S c r e e n ( L ) B a r S c r e e n 3 . 0 m W 2 - x 0 . 5 m H x 5 0 m m C o a r s e S c r e e n ( H ) B a r S c r e e n 3 . 0 m W 2 - x 3 . 9 m H x 2 5 m m S c r e e n i n g H o i s t E l e c t r i c a l l y 0 . 9 5 2 O p e r a t e d 1 . 0 T o n H a n d o p e r a t e d I n f l o w G a t e S l u i c e 1 . 5 m W x - 2 1 . 5 m H x M o t o r i z e d N e t F i n e S c r e e n S c r e e n 3 . 0 m W x 4 2 6 . 0 m H x 1 5 m m F i n e S c r e e n H o i s t E l e c t r i c a l l y 1 . 9 1 N e w O p e r a t e d 2 . 0 T o n S c r e e n i n g T r o u g h U - S h a p e d T r o u g h I - 0 . 4 m w x 1 0 . 3 m L H r i z o n t a l S c r e e n W a s h P u m p C e n t r i f u g a l 5 . 5 2 I . O m 3 / m i n x 6 2 m W a s h W a t e r V a l v e w i t h E l e c t r i c a l l y 2 a c t u a t o r O p e r a t e d D n 8 0 H a n d o p e r a t e d O u t f l o w G a t e S l u i c e 1 . 5 m W x - 2 1 . 5 m H x D N 6 0 0 M a n u a l l y S u c t i o n V a l v e o p e r a t e d S l u i c e - 3 v a l v e . P N 1 6 ! V a r t i c a l W i t h F l y w h e e l R a w W a t e r P u m p C e n t r i f u g a l 2 0 0 3 7 3 0 L / s x 1 9 m ( 3 5 k g m 2 , W R 2 ) C h e c k V a l v e D N 6 0 0 S w i n g 3 S t . 2 v a l v e w i t h c o u n t e r - c h e c k , P N 1 6 w e i g h t M o t o r i z e d D i s c h a r g e V a l v e B u t t e r f l y 0 . 4 3 D i a . 6 0 0 m m S u m p D r a i n a g e P u m p S u b m e r s i b l e 2 S t g . l : 2 . 4 k W 0 . 2 4 m 3 / m i n x 1 5 m 2 . 4 O v e r h e a d C r a n e ( I ) M a n u a l l y o p e r a t e d I - 5 . 0 t o n ( ) \ c r h e a d C r a n e ( 2 ) M a n u a l l y o p e r a t e d I - 5 . 0 t o n E l e c t r i c a l l y R W P H o i s t O p e r a t e d 5 . 0 T o n 3 . 0 l N e w w i t h G e a r d T r o l l e y M u l t i b l a d e F a n \ 1 r i n l e t f a n 4 0 m 3 / m i n x 0 . 9 5 1 3 0 m m A q W a l l M o u n t e d F a n \ i r i n l e t f a n 7 5 m 3 / m i n x 0 . 3 3 3 0 m m A q - W a l l M o u n t e d F a n E x h a u s t F a n 9 0 m 3 / m i n x 0 . 5 0 5 m m A q I n t a k e s h u d g e d i s t u r b i n g p i p e O N 7 5 M a n u a l l y i s o l a t i n g v a i v e o p e r a t e d S l u i c e 2 N e w v a l v e P N 1 0 I n t a k e C h a n n e l S t r r i n g P u m p C e n t r i f u g a l P u m p 7 . 5 I N e w 1 4 . 5 L i s x 3 0 m w o r t a b l e 1 y p e S u m p W e l l D r a i n a g e P u m p s u b m e r s i b l e 2 . 2 I N e w w i t h 3 0 m - H o s e p u m p , 0 . 3 m 3 / m i n x l l ' i m 1 1 2 . D i s t r i b u t i o n C h a m b e r H a n d o p e r a t e d D i s t r i b u t i o n G a t e S l u i c e D i a . 5 0 0 m m , - 6 L = 5 . 1 5 m R e c t a n g u l a r < \ l u m T a n k 0 . 6 m W x I . S m L x - I 0 . 6 m H < \ l u m D i s t r i b u t i o n c h a m b e r H a n d o p e r a t e d B a l l V a l v e t y p e v a l v e S S , D N - 6 3 2 L i m e M i x i n g T a n k C y l i n d r i c a l ! . 5 m 3 - 1 L i m e M i x e r V e r t i c a l 0 . 7 5 I P r o g r e s s i v e C a v i t y l " i m e F e e d P u m p P u m p 0 . 7 8 m 3 / m i n 1 . 5 2 x 5 m H a n d o p e r a t e d D r a i n G a t e S l u i c e W 3 0 0 m m x - I H 3 0 0 m m II.~. F l o c c u l a t i o n I S e d i m e n t a t i o n B a s i n C h a i n S c r a p e r ' : 1 d g c C o l l e c t o r I O m W x 4 7 . 6 m L x 0 . 3 7 6 N o n - m c t a r i c 4 m D E l e c t r i c a l l y ' > - - s l u d g e V a l v e . I o p e r t e d , E c c e n t r i c 0 . 0 8 2 4 I D N 1 5 0 l i e - s l u d g e V a l v e . 2 M a n u a l l y o p e r a t e d 2 4 : - g a t e v a l v e , D N 1 5 0 I v e n t l l a t l o n t o w e r I a n d r a i n b o o d ; A x i a l F l o w I , ; _ " l f m o u n t a l V e n t i l a t i o n F a n F a n 2 7 7 0 m 3 / h r . a t 0 . 3 2 I s t a t i c h e a d 8 . 2 m m I A n 1 L i ( ) ( ) I k - s l u d g e V a l v e . 3 M a n u a l l y o p e r a t e d 4 - g a t e v a l v e . . D N 2 5 0 - " 1 1 1 1 p D r a i n a g e P u m p S u b m e r s i b l e 2 . 4 4 S t g . l : 2 . 4 k W 0 . 2 4 m 3 / m i n x 1 5 m ~ h e c k V a l v e o n s u m p d r a i n a g e C h e c k v a l v e , D N 5 0 - 4 : L i m p s I )j~chargc V a l v e o n s u m p M a n u a l l y o p e r a t e d 4 - J r a i n a g e P u m p s g a t e v a l v e , D N 5 0 I n t e r m e d i a t e C h l o r i n e M a n u a l l y o p e r a t e d g a t e v a l v e & 4 0 - 2 P V C I l i s c h . V a l v e P V C S e l f - p r i m i n g " a m p l i n g P u m p C e n t r i f u g a l 0 . 4 2 0 . 0 6 m 3 / m i n x 1 2 m 0 - t . F i l t e r s M o t o r i z e d S l u i c e I n f l o w G a t e O . S m W x 0 . 5 m H x 0 . 7 5 4 L = l . 7 9 m M o t o r i z e d I n f l o w V a l v e B u t t e r f l y 0 . 4 4 T y u p e c h a n g e D i a . 6 0 0 m m M o t o r i z e d S l u i c e l~ackwash D r a i n a g e G a t e 0 . 6 m W x 0 . 6 m H X 0 . 7 5 4 L = 1 . 7 9 m M o t o r i z e d l { a c k w a s h D r a i n a g e V a l v e B u t t e r f l y 0 . 7 5 4 T y u p e c h a n g e D i a . 7 0 0 m m ' - , t o p l o g M a n u a l , o n c h a n n e l 8 - W l O O O M o t o r i z e d ! f l l u c n t V a l v e B u t t e r f l y 0 . 2 8 D i a . 4 0 0 m m M o t o r i z e d I n a c k w a s h V a l v e B u t t e r f l y 0 . 3 7 8 D i a . 5 0 0 m m J M o t o r i z e d A i r S c o u r V a l v e B u t t e r f l y 0 . 7 5 8 D i a . 4 0 0 m m M a n u a l G a t e w i t h D r a i n V a l v e H e a d s t o c k - 8 D i a . l 5 0 m m I S t o p l o g M a n u a l , o n c h a n n e l 3 - i ~ W 2 0 0 0 . W 2 7 1 0 ' H o r i z o n t a l B a c k w a s h P u m p C e n t r i f u g a l 2 2 3 9 . 8 m 3 / m i n x 8 m M a n u a \ \ ' ) o p e r a t e \ . \ B a c k w a s h L i n e V a l v e B u t t e r f l y - 2 v a l v e , D N 5 0 0 R o o t s B l o w e r A i r B l o w e r 3 9 N m 3 / m i n x 3 3 3 3 5 0 0 m m A q - S u m p D r a i n a g e P u m p S u b m e r s i b l e 2 . 4 2 0 . 2 4 m 3 / m i n x 1 5 m C h e c k V a l v e C h e c k v a l v e . D N 5 0 - 2 D i s c h a r g e V a l v e M a n u a l l y O p e r a t e d - 0 O N 5 0 C y l i n d r i c a l ! . 5 m 3 L i m e M i x i n g T a n k ( D i a . 1 . 2 m x - I R e l o c a t e t o N e w P L R 1 . 6 m H ) L i m e M i x e r V e r t i c a l ( D i a . 1 . 2 m 0 . 7 5 I R e l o c a t e t o N e w P L R x 1 . 6 m H ) P r e g r e s s i n g C a v i t y L i m e F e e d P u m p P u m p 0 . 7 8 m 3 / m i n 1 . 5 2 R e l o c a t e t o N e w P L R x 5 m V e r t i c a l , l m p . D i a . 7 L i m e S a t u l a t i o n T a n k M i x e r O O m m , w i t h D r a f t 1 . 5 I N e w . T a n k D i a . 8 . 0 m T u b e E l e c t r i c a l l y D r a i n V a l v e O p e r a t e d 0 . 2 I N e w E c c e n t r i c , O N I 0 0 S e l f - p r i m i n g S a t u l a t i o n T a n k W a t e r P u m p C e n t r i f u g a l 5 . 5 2 N e w ! . 7 m 3 / m i n x ! O m C h e c k v a l v e S w i n g c h e c k 2 N e w - v a l v e , O N 1 5 0 D i s c h a r g e V a l v e M a n u a l o p e r a t e d - 2 N e w g a t e v a l v e O N 1 5 0 S e l f - p r i m i n g S a m p l i n g P u m p C e n t r i f u g a l 0 . 1 2 5 2 0 . 0 6 m 3 / m i n x 1 2 m A i r B l o w e r S w i n g c h e c k 3 \ a l v e , D N 2 5 0 A i r B l o w e r B u t t e r f l y 3 \ a l v e , D N 2 5 0 B a c k w a s h P u m p G a t e V a l v e , . , D N 3 0 0 . ) B a c k w a s h P u m p B u t t e r f l y 3 V a l v e D N 3 0 0 S a t u l a t i o n T a n k W a t e r F l o w F l o a t T y p e F l o w 0 I L o c a l I n d i c a t i o n m e t e r M e t e r D N I O O w i t h o u t s i g n a l N e w M a n u a l l y o p e r a t e d I s o l a t i o n V a l v e B u t t e r f l y 0 2 N e w v a l v e , O N 1 5 0 I s o l a t i o n V a l v e M a n u a l o p e r a t e d 0 I N e w g a t e v a l v e O N I 0 0 0 5 . C l e a r W a t e r R e s e r v o i r a n d H i g h L i f t P u m p S t a t i o n H o r i z o n t a l R e m o v e F l y w h e e l H i g h L i f t P u m p C e n t r i f u g a l 5 0 0 5 3 4 8 L ! s . x 8 5 . 0 m S t . l : 5 0 0 k W D N I 0 0 0 M a n u a l l y O p e r a t e d B u t t e r f l y V a l v e 6 O n D u t y l O O O d i a D N S O O M a n u a l l y O p e r a t e d B u t t e r f l y V a l v e 5 ( o n d u t y , 2 S t . b y ) P i p e 5 0 0 d i a G a l l e r y O N 4 0 0 S w i n g - S t . 2 v a l v e w i t h c o u n t e r C h e c k v a l v e C h e c k V a l v e , P N - 5 1 6 w e i g h t M o t o r i z e d D i s c h a r g e V a l v e B u t t e r f l y 0 . 0 9 5 D i a . 4 0 0 m m x L h = 2 . 0 2 m S u m p D r a i n a g e P u m p S u b m e r s i b l e 2 . 5 2 0 . 1 m 3 / m i n x 1 2 m H o r i z o n t a l P l a n t W a t e r S u p p l y P u m p C e n t r i f u g a l 9 . 3 3 l . O m 3 / m i n x 3 5 m H o r i z o n t a l C h l o r i n a t i o n B o o s t e r P u m p C e n t r i f u g a l 7 . 5 3 0 . 4 m 3 / m i n x 5 2 m O v e r h e a d C r a n e M a n u a l O p e r a t e d 1 - 5 . 0 T o n M u l t i b r a d e F a n A i r i n l e t f a n 4 0 0 m 3 / m i n x 5 . 5 2 S m m A q W a l l M o u n t e d F a n E x h a u s t F a n 1 0 0 m 3 / m i n x 0 . 0 6 8 5 m m A q E l e c t r i c a l l y H L P H o i s t O p e r a t e d 5 . 0 T o n 3 I N e w w i t h G e a r d T r o l l e y 1 - l y d r o p n e w m a t i c ~urge V e s s e l s u r g e V e s s e l , - 4 N e w R e f e r e n c e A p p r o x . 2 2 m 3 P r e s s u r e S w i t h A i r C o m p r e s s o r T y p e 7 0 0 L . m i n , 5 . 5 2 N e w R e f e r e n c e 1 0 k g / c m 2 I s o l a t i o n V a l v e B u t t e r f l y V a l v e I N e w D i a . S O O , P N 1 6 - I s o l a t i o n V a l v e G a t e V a l v e I D i a . 2 5 0 , P N 1 6 - N e w S w i n g C h e c k C h e c k V a l v e V a l v e - I N e w D i a . S O O , P N 1 6 O b . C h e m i c a l B u i l d i n g \ l u m M i x e r V e r t i c a l ( 2 . 2 m x 4 . 4 4 S t a g e 1 , 4 . 4 k w 2 . 8 m x 3 . 5 m H ) I C e r a m i c G e a r I \ l u m P u m p P u m p 0 . 2 L i s x 3 2 1 4 m I F i l t e r T y p e I \ l u m D u s t C o l l e c t o r A p p r o x . 9 . 0 m 2 . 1 . 5 4 N e w S t a i n l e s s s t e e l / N o F i l t r e r a t i o n A i r I O m 3 / m i n h ' r t a b l e B e l t C o n c e y o r P o r t a b l e B e l t I I C o n v e y e r W 3 5 0 O N 5 0 B r a s s B a l l I , o l a t i o n V a l v e C o c k H a n d - 4 O p e r a t e d H a n d O p e r a t e d I , n l a t i o n V a l v e V a l v e , O n 5 0 - 4 s t a i n l e s s s t e e l B a l l H a n d O p e r a t e d 1 , , 1 l a t i o n V a l v e V a l v e O n 5 0 - 4 s t a i n l e s s S t e e l B a l l H a n d O p e r a t e d O N l " 1 l a t i o n V a l v e 6 3 , S t a i n l e s s S t e e l 2 ( 2 1 / 2 " ) H a n d O p e r a t e d O N l - ; o l a t i o n V a l v e 5 0 , S t a i n l e s s S t e e l 2 ( 2 " ) H a n d O p e r a t e d O N l , o l a t i o n V a l v e 3 7 , S t a i n l e s s 2 S t e e l ( ! 1 / 2 " ) H a n d O p e r a t e d O N l - ; o l a t i o n V a l v e 5 0 , S t a i n l e s s S t e e l 3 ( 2 " ) l ' h e c k V a l v e P V C 6 3 I 0 7 . L i m e D o s i n g S y s t e m . i m e M i x e r V e r t i c a l ( 2 . 2 m x 4 . 4 4 S t a g e I , 4 . 4 k w 2 . 8 m x 3 . 5 m H ) R u b b e r L i n e d ' . i m e P u m p C e n t r i f u g a l 2 . 3 L i s 2 . 2 3 x 1 3 m F i l t e r T y p e t . i m e D u s t C o l l e c t o r A p p r o x . 9 . 0 m 2 , 1 . 5 4 N e w M i l d S t e e l F i l t r e r a t i o n A i r 1 0 m 3 / m i n I x h a u s t F a n 1 0 m 3 / m i n x 0 . 7 5 I 5 0 m m A q C h e m i c a l C r a n e M o t o r i z e d w i t h 0 . 9 5 I T r o l l e y 2 . 0 T o n S t a i n l e s s S t e e l ' i u m p D r a i n a g e P u m p S u b m e r s i b l e 2 . 4 2 S t a g e 1 , 2 . 4 k w 0 . 2 4 m 3 / m i n x 1 5 m I s o l a t i o n V a l v e G a t e V a l v e , O N 5 0 4 - B r o n z e · - · - · - H a n d O p e r a t e d I s o l a t i o n V a l v e V a l v e , O N 5 0 - 4 S t a i n l e s S t e e l B a l l H a n d O p e r a t e d I.~olation V a l v e V a l v e , O N 5 0 - 4 S t a i n l e s s t e e l B a l l I s o l a t i o n V a l v e 2 I s o l a t i o n V a l v e 3 I s o l a t i o n V a l v e 3 I s o l a t i o n V a l v e 3 I s o l a t i o n V a l v e 2 I s o l a t i o n V a l v e 6 0 8 . C h l o r i n a t i o n S y s t e m C h l o r i n e C o n t a i n a e r S t e e l C o n t a i n e r 1 6 l . O t C y l i n d e r - W e i g h i n g S c a l e L o a d C e l l 4 . 0 T o n - 2 C h l o r i n a t o r - P r e A u t o V a c u u m 0 . 0 2 5 3 F l o o r m o u n t e d T y p e 2 0 k g / h r C h I o r i n a t o r - P o s t A u t o V a c u u m 0 . 0 2 5 3 F l o o r M o u n t e d T y p e 2 0 k g / h r I n j e c t o r - P r e I n j e c t o r - 2 I n j e c t o r - P o s t I n j e c t o r - 2 C h l o r i n e c r a n e M o t o r i z e d w i t h 4 . 2 5 I T r o l l e y 2 . 0 T o n W a l l M o u n t e d F a n E x h a u s t F a n 8 0 m 3 / m i n x 0 . 4 4 5 m m A q I s o l a t i o n V a l v e G a t e V a l v e , 4 0 m m 8 d i a P V C ( 1 1 / 4 " ) - S t r a i n e r S t r a i n e r . 4 0 m m d i a 4 - P V C ( I J / 4 ) " ) 0 9 . B a c k w a s h R e c o v e r y F a c i l i t y R e c y c l e I n l e t G a t e M a n u a l S l u i c e 2 - W 8 0 0 x H 8 0 0 B a c k w a s h R e c o v e r y P u m p S u b m e r s i b l e S l u r r y 1 3 . 5 2 ! . 8 m 3 / m i n x 1 7 m I s o l a t i o n V a l v e M a n u a l l y O p e r a t e d 2 B u t t e r f l y O N 1 5 0 - C h e c k V a l v e O N ! 5 0 S w i n g 2 - c h e c k T y p e I 0 . S l u d g e L a g o o n ' - l u d g e L a g o o n I n l e t G a t e M a n u a l S l u i c e D i a 4 - 2 5 0 ' - t o r l o g 6 5 0 X 2 0 0 1 6 A l u m i n i u m I I . E l e c t r i c a l S u b s t a t i o n ( E l e c t r i c a l W o r k s G e n e r a t o r F a c i l i t y ) 1 5 0 0 K V A ' i c n c r a t o r C o n t i n e n t a l 1 2 5 0 2 O p e r t e d ' u c l T r a n s f e r P u m p s G e a v P u m p s 2 ! ) a y T a n k 3 5 0 0 L 2 ~ n t a k e S o u r d A l t e r n a t o r 2 l ) i s c h a r g e S o u n d A l t e r n a t o r - 2 1 2 . H i g h L e v e l R e s e r v o i r H a n d O p e r a t e d h a l a t i o n V a l v e B u t t e r f l y W i t h 2 - H e a d s t o c k D i a 5 0 0 m m ' ) u t l c t V a l v e M o t o r i t e d 0 . 7 5 2 B u t t e r f l y M a n u a l B u t t e r f l y 4 I ! ) r a i n V a l v e M a n u a l B u t t e r f l y 4 A p p e n d i x D S y n e r G E E F a u l t R e p o r t f o r F e e d e r 4 o f H O R A N A G S S • S e c t i o n s • P r o t e c t i v e D e v i c e s F e e d e r H O R A N A - F 4 S e c t i o n _ 2 7 5 1 2 9 1 1 1 S e c t i o n _ 1 5 6 7 5 7 7 1 1 7 S e c t i o n _ 1 5 6 7 5 8 4 2 2 1 S e c t i o n _ 2 7 5 2 0 9 0 2 0 S e c t i o n _ 1 8 0 2 2 8 7 6 S e c t i o n _ 1 5 6 7 5 9 0 0 2 7 S e c t i o n _ 1 5 6 7 5 9 2 8 3 1 S e c t i o n _ 1 5 6 7 5 9 5 7 3 5 S e c t i o n _ 1 5 6 7 6 1 3 8 3 9 S e c t i o n _ 1 5 6 7 6 2 1 5 4 3 S e c t i o n _ 1 5 6 7 6 2 4 5 4 7 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 / 1 0 1 - B B - 0 1 8 0 1 - B B - 1 7 0 1 - 1 2 4 1 4 2 0 0 2 - 1 2 1 3 5 1 8 0 2 - 1 9 7 9 5 3 3 4 7 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 / 1 8 1 9 8 0 6 0 A B I 0 . 3 5 1 2 . 0 4 1 1 . 0 7 1 6 . 1 2 0 C N 8 0 5 S e c t i o n _ 2 7 5 1 1 3 3 K V L Y N X I 0 2 1 A B I 0 . 3 8 2 9 1 1 1 S C H . C N 5 2 . 0 8 1 1 . 1 2 7 4 6 . 3 6 1 S e c t i o n _ 2 7 5 2 1 3 3 K V L Y N X 1 1 0 I A B I 0 . 5 3 0 9 0 2 0 S C H · C N 0 2 . 3 4 1 1 . 3 9 4 2 7 . 6 6 4 S e c t i o n _ 2 7 5 2 1 3 3 K V L Y N X 1 2 3 1 A B I 0 . 7 6 0 9 0 2 0 S C H . C N 9 2 . 7 6 , 1 . 8 3 7 2 9 . 8 0 7 S e c t i o n _ 2 7 5 2 1 3 3 K V L Y N X 1 4 3 1 A B 1 1 . 1 1 0 9 0 2 0 S C H . C N 5 3 . 3 7 1 2 . 4 6 8 9 1 2 . 9 1 1 S e c t i o n _ 1 8 0 2 1 3 3 K V L Y N X 1 4 7 1 A B 1 1 . 1 9 2 8 7 6 S C H . C N 5 3 . 5 1 1 2 . 6 1 9 6 1 3 . 6 2 6 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 0 2 - 1 3 2 0 5 1 3 0 1 - B B - 0 1 8 0 1 - B B - 1 7 0 1 - 1 2 4 1 4 2 0 0 2 - 1 2 1 3 5 1 8 3 3 K V L Y N X I s 3 1 A B 1 1 . 3 0 1 3 . 7 0 1 2 . 8 1 1 1 4 . 5 8 S C H . C N 1 8 2 2 3 3 K V L Y N X 1 7 s l A B 1 1 . 7 3 1 4 . 4 7 , 3 . 6 1 1 1 8 . 4 8 S C H . C N 6 6 2 0 3 3 K V L Y N X I s 7 1 A B 1 1 . 9 0 1 4 . 7 7 , 3 . 9 2 1 1 9 . 9 8 S C H . C N 3 2 1 1 3 3 K V L Y N X 1 1 0 . I A B 1 2 . 2 9 S C H 9 C N 5 5 . 4 6 1 4 . 6 4 1 2 3 . 4 9 5 2 5 3 3 K V L Y N X 1 1 2 . I A B 1 2 . 4 8 S C H 0 C N 6 5 . 8 0 1 4 . 9 9 1 2 5 . 2 1 3 4 0 3 3 K V L Y N X 1 1 4 . I A B 1 2 . 9 0 1 6 . 5 4 1 5 . 7 7 1 2 8 . 9 9 S C H 4 C N 7 8 0 1 3 3 K V L Y N X 1 1 4 . 1 A B 1 2 . 9 3 1 6 . 6 0 1 5 . 8 2 1 2 9 . 2 7 S C H 6 C N 8 3 8 0 3 3 K V L Y N X 1 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 3 S C H 6 C N 5 4 9 2 9 . 3 2 7 3 3 K V L Y N X 1 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 S C H 6 C N 5 3 3 K V B U S 1 4 . I A B , 2 . 9 4 6 C N 5 6 . 6 1 5 6 . 6 1 5 5 . 8 4 0 2 9 . 3 3 2 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 0 2 3 3 K V B U S 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 6 C N 5 5 0 2 0 2 - 1 9 7 9 5 3 3 4 7 1 3 3 K V L Y N X 1 1 4 . 1 A B 1 2 . 9 7 1 6 . 6 6 S C H 8 C N 3 4 5 . 8 9 1 2 9 . 5 7 1 7 0 2 - 1 3 3 K V L Y N X 1 1 4 . 1 A B , 2 . 9 9 1 6 . 6 9 1 3 2 0 5 1 3 / 1 8 1 9 S C H 9 C N 1 5 5 . 9 2 1 2 9 . 7 3 4 8 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 3 3 . 0 2 9 0 9 I 5 5 1 9 I 7 ~ 6 1 8 2 0 7 I 9 1 9 9 2 8 7 1 I 5 3 4 0 2 6 7 3 I 4 5 3 9 7 7 7 3 6 8 6 5 8 0 0 2 I 8 9 7 6 7 0 4 6 I 7 9 2 7 2 3 8 8 I 3 6 3 9 I 5 ~ 4 1 5 8 8 0 I 6 6 3 5 2 0 5 3 I 2 8 2 7 1 4 ~ 3 1 4 7 3 5 I 5 3 5 5 1 9 8 7 I 2 6 8 8 1 4 ~ 3 1 4 5 3 0 I 5 1 2 6 1 9 0 5 I 2 5 2 3 1 4 ~ 9 1 4 2 8 3 I 4 8 4 8 1 6 2 3 I 2 0 1 7 I 3 i 3 1 3 5 0 1 I 3 9 6 8 1 5 3 4 I 1 8 7 3 1 3 ~ 1 1 3 2 7 0 I 3 7 0 8 1 3 5 8 I 1 6 0 4 1 2 ~ 8 1 2 8 3 3 I 3 2 1 5 1 2 8 5 I 1 4 9 9 1 2 ~ 1 1 2 6 5 9 I 3 0 1 8 1 1 4 8 I 1 3 0 9 1 2 ; 0 1 2 3 4 2 I 2 6 5 9 1 1 3 9 I 1 2 9 7 1 2 ~ 8 1 2 3 2 1 I 2 6 3 6 1 1 3 7 1 1 2 9 5 1 2 ~ 7 1 2 3 1 7 1 2 6 3 2 1 1 3 7 I 1 2 9 5 1 2 ~ 7 1 2 3 1 7 I 2 6 3 1 1 1 3 7 I 1 2 9 5 1 2 ~ 7 1 2 3 1 7 I 2 6 3 1 1 1 3 7 1 1 2 9 5 1 2 ~ 7 1 2 3 1 7 I 2 6 3 1 1 1 2 9 I 1 2 8 4 1 2 ~ 6 1 2 2 9 9 I 2 6 1 1 1 1 2 4 I 1 2 7 8 1 2 ~ 5 1 2 2 8 8 I 2 5 9 8 S e c t i o n _ 1 8 1 8 0 5 3 0 0 1 - B B - 1 9 / 6 0 1 - 1 2 4 1 4 5 5 0 1 - 1 2 2 9 2 7 0 0 1 - 1 2 4 1 2 5 4 0 1 - 1 2 4 1 2 5 5 0 1 - 1 2 4 1 2 5 7 0 1 - 1 2 4 1 2 5 6 0 1 - 1 2 4 1 2 6 0 0 1 - 1 2 4 1 4 5 2 0 1 - 1 2 4 1 4 5 3 0 1 - 1 2 4 1 4 5 2 / 1 0 1 - B B - 1 9 / 4 0 1 - 1 2 4 1 4 4 6 0 2 - 1 8 1 9 9 5 9 3 0 1 - 1 2 4 1 4 4 7 0 1 - 1 2 2 8 9 6 6 S e c t i o n _ 1 2 7 8 4 9 7 0 1 - 1 2 2 8 9 8 7 S e c t i o n _ 1 8 1 8 1 3 3 K V L Y N X 1 1 8 . 1 A B 1 3 . 5 6 1 7 . 7 1 0 5 3 0 S C H 1 C N 6 3 6 . 9 8 4 3 4 . 9 0 2 0 1 - B B - 1 9 / 6 0 1 - 1 2 4 1 4 5 5 0 1 - 1 2 2 9 2 7 0 0 1 - 1 2 4 1 2 5 4 0 1 - 1 2 4 1 2 5 5 0 1 - 1 2 4 1 2 5 7 0 1 - 1 2 4 1 2 5 6 0 1 - 1 2 4 1 2 6 0 0 1 - 1 2 4 1 4 5 2 0 1 - 1 2 4 1 4 5 3 0 1 - 1 2 4 1 4 5 2 / 1 0 1 - B B - 1 9 / 4 0 1 - 1 2 4 1 4 4 6 0 1 - 1 2 4 1 4 4 6 0 1 - 1 2 4 1 4 4 7 0 1 - 1 2 2 8 9 6 6 0 1 - 1 2 2 8 9 6 6 0 1 - 1 2 2 8 9 8 7 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 6 C N 5 5 5 . 8 4 0 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 6 C N 5 5 0 2 9 . 3 3 2 2 9 . 3 3 2 3 3 K V L Y N X 1 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 4 S C H 6 C N 6 7 2 2 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V B U S 3 3 K V R A C O O N S C T 3 3 K V R A C O O N S C T 3 3 K V R A C O O N S C T 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 4 6 C N 6 7 2 3 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 6 C N 6 7 5 . 8 4 1 2 9 . 3 4 2 3 . . 1 4 . 1 A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 6 C N 6 7 5 . 8 4 1 2 9 . 3 4 2 3 1 4 . 1 A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 6 C N 6 7 5 . 8 4 1 2 9 . 3 4 2 3 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 6 C N 6 7 5 . 8 4 1 2 9 . 3 4 2 3 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 6 C N 5 5 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 0 2 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 6 C N 5 5 0 2 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 6 C N 5 5 0 2 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 6 C N 5 5 0 2 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 6 C N 5 5 0 2 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 6 C N 5 5 0 2 1 4 . I A B 1 2 . 9 4 1 6 . 6 1 1 5 . 8 4 1 2 9 . 3 3 6 C N 5 5 0 2 1 5 . 1 A B 1 3 . 2 6 1 6 . 9 3 1 6 . 3 3 1 3 0 . 4 5 4 C N 7 3 2 3 1 5 . 1 A B 1 3 . 3 9 1 7 . 0 6 1 6 . 5 3 1 3 0 . 9 1 7 C N 9 4 4 4 1 6 . 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