Thesis Project: Power Quality Analysis at Murdoch University eng470: Engineering Honours Thesis

Power Quality Issue 
Standard 
Harmonics 
IEEE 519 and AS/NZS 61000 (for Australia 
and New Zealand) 
Power and grounding 
IEEE 1100 
Monitoring and definition of electric power 
quality 
IEEE 1159 
Measurement of electrical quantities under 
different situations 
IEEE 1459 
Steady state voltage ratings 
ANSI C84.1 (For America) 
Electromagnetic compatibility 
IEC 61000 
Voltage disturbance 
AS/NZS 61000 
Voltage disturbance 
EN 50160 

---

Power Quality Analysis at Murdoch University 
28 
2.4 Power Quality Monitoring 
Power quality monitoring (PQM) refers to the process of collection, analysis, and 
interpretation of raw measurement data about voltages and currents into useful information 
[63]. PQM is done to quantify the power quality phenomena that occur in a specific site on 
electric power equipment. It is sometimes conducted to forecast the performance of the load 
equipment and to choose power quality attenuating systems. In some cases, PQM is 
performed to identify the incompatibilities between the consumer loads and the supply. In 
other case, it is done to test the electrical environment at a specific site for the equipment 
and machinery required [64]. 
Appropriate monitoring equipment is required to perform power quality monitoring. The 
input and output interface of the power quality monitoring equipment include; input 
channels, analogue inputs/outputs, digital inputs and outputs and communication and 
networks. Power quality monitoring equipment have the following functions [4]: 

Capture of data by present thresholds. The capture of measured parameters is 
conducted when a disturbance repeats at set time intervals or goes beyond a present 
threshold (event logging) with the time intervals and thresholds being set up by the 
user. 

Capture of data by self-adjusting thresholds. A steady-state norm is used to set the 
thresholds by a monitor. 

Capture of data that is triggered externally. This is a feature provided by most 
monitors. 

Manual data capture. A manual trigger function is provided by the most monitor, 
which is for a snapshot of the present situation. 

---

Power Quality Analysis at Murdoch University 
29 

Time interval recording and data logging. Continuous monitoring of parameters is 
done using data logging with capture achieved at user established time intervals. 

Waveform capture. Certain monitors can capture waveforms for voltage and current. 
They can then be downloaded to a PC or can be viewed by built-in displays. 

Time synchronization. A radio signal, GPS or an external time signal can use for time 
synchronization by some power quality monitors. 

Firmware. New releases of firmware by some monitor manufacturing companies are 
done periodically. This new firmware is used to improve the existing set of the meter 
and for correcting errors in metering algorithm without the need for buying new 
hardware. 
2.5 Using Compensating Devices to Improve Power Quality Disturbances 
2.5.1 Active and Passive Filters 
An active filter is an electronic filter device that uses active components such as transistors or 
operational amplifiers, both of which require an external power source. However, a passive 
filter does not require an external power source, and it is made from passive elements mostly 
linear elements such as transformers, inductors, capacitors, and resistors or nonlinear 
elements or complex linear elements such as transmission lines [43]. 
A passive filter is a device that is made up of passive elements and therefore requires an 
external power source for its operation. Passive filters are mainly used for frequencies in the 
range 100-500 kHz [44]. Filters can be classified into five types based on the transfer function 
coefficients. These are low pass, high pass, band pass, notch, and all pass [44]. 
Low pass filter transfer function is [1]:

---

Power Quality Analysis at Murdoch University 
30 
TF
LP
(s) =
a
0
s
2
+ b
1
s+b
0
=
Kω
P
2
s
2
+ (
ω
P
Q
P
) s + ω
P
2
(18) 
Figure 14 below represents the different low pass filter designs and characteristics. 
High pass filter transfer function is [1]: 
TF
HP
(s) =
a
2
s
2
s
2
+ b
1
s + b
0
=
Ks
2
s
2
+ (
ω
P
Q
P
) s + ω
P
2
(19) 
Figure 15 below indicates the high pass filter design and characteristics. 
 
Figure 14: Passive Low Pass Filter [1]
Figure 15: High Pass Filter [1]

---

Power Quality Analysis at Murdoch University 
31 
Band pass filter transfer function is [1]: 
TF
BP
(s) =
a
1
s
s
2
+ b
1
s+b
0
=
K (
ω
P
Q
P
) s
s
2
+ (
ω
P
Q
P
) s + ω
P
s
(20) 
Notch filter transfer function is [1]: 
TF
N
(s) =
a
2
s
2
+ a
0
s
2
+ b
1
s + b
0
=
K(s
2
+ ω
z
2
)
s
2
+ (
ω
P
Q
P
) s + ω
P
2
(21) 
All pass filter transfer function is [1]: 
TF
AP
(s) =
a
2
s
2
+ a
1
s + a
0
s
2
+ b
1
s + b
0
=
K [s
2
− (
ω
P
Q
P
) s + ω
P
2
]
s
2
+ (
ω
P
Q
P
) s + ω
P
2
(22) 
Active filters can be high pass, low pass, band pass, and notch filters. Passive filters can be 
only high pass, low pass, and bandpass filters. Active and Passive filters are used in 
attenuation of frequencies that are not within their cut off points. Consequently, find 
applications in the load compensating devices, telephone systems for decoding of dual tone, 
instrumentation, and in data acquisition systems [43]. Table 2 below summarizes the 
comparison between active and passive filter. 

---

Power Quality Analysis at Murdoch University 
32 
Table 2: Comparison between Active and Passive filter [43]