СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛЕВЫХ УЧАСТИЙ НАГРУЗКИ И ЭНЕРГОСИСТЕМЫ В ИЗМЕНЕНИИ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при контроле качества электроэнергии в энергосистемах.

Наибольшую трудность при контроле качества напряжения в узле энергосистемы представляет определение долевых вкладов искажения от отдельных нелинейных нагрузок, подключенных к узлу, в общее искажение напряжения в узле.

Известен способ определения долевого участия нагрузки в снижении качества электроэнергии, заключающийся в определении долевого участия путем последовательного измерения показателя качества электроэнергии при включенной нагрузке П_В, показателя качества электроэнергии при выключенной нагрузке П_О и определения по ним долевого участия нагрузки в изменении качества электроэнергии в узле энергосистемы по формуле:
b=1-П_о/П_а
(см. Промэнергетика, 1984, 12, c. 11-14).

Этот способ имеет следующие недостатки:
- не во всех случаях этот способ дает верный результат, как еще будет показано ниже;
- необходимо отключение нагрузки при измерениях, что не всегда допустимо.

Наиболее близким к изобретению является способ определения долевого участия нагрузки в изменении качества электроэнергии в узле энергосистемы по активным и реактивным вторичным мощностям искажающих нагрузок, в котором долевое участие измеряют путем выделения анормальной составляющей напряжения, измерения активных и реактивных мощностей всех нагрузок, подключенных к узлу энергосистемы, и определения коэффициента долевого участия в соответствии с предлагаемой формулой по доле суммы активной и реактивной вторичных мощностей данной нагрузки от генерируемой всеми искажающими нагрузками (Ф. А. Зыкин. Способ определения долевого участия нагрузки в снижении качества электроэнергии. Авторское свидетельство 1769147 от 31.07.90. Бюл. 38, 1992).

Недостатком применения этого способа является погрешность определения долевых участий нагрузки и энергосистемы в изменении качества напряжения, связанная, во-первых, с тем, что в изменении качества электроэнергии в узле учтены не все факторы, вызывающие это изменение, так как в балансе полных вторичных мощностей учтены только активные и реактивные вторичные мощности и не учтены вторичные мощности искажений, обусловленные взаимодействием разноименных гармоник напряжения и тока, и, во-вторых, с тем, что изменение качества электроэнергии в узле энергосистемы в ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения" оценивается по показателям качества напряжения, а не мощностей, которые зависят не только от качества напряжения, но и от качества тока, что обуславливает наличие методической погрешности. Кроме того, при этом способе не учитывается долевое участие ЭДС энергосистемы в изменении качества электроэнергии в узле энергосистемы, то есть у этого способа ограниченные функциональные возможности измерения, так как он не дозволяет определить долевое участие энергосистемы в изменении качества напряжения в узле. Этот способ взят за прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа определения долевых участий нагрузки и энергосистемы в изменении качества напряжения в узле энергосистемы, в котором снижена погрешность определения и расширены функциональные возможности способа.

Это достигается тем, что выделяют анормальную составляющую напряжения узла энергосистемы, анормальную составляющую ЭДС энергосистемы, анормальные составляющие токов нагрузок и затем отдельно определяют собственные долевые участия в изменении качества напряжения: ветви с ЭДС энергосистемы путем усреднения за ее период квадрата анормальной составляющей напряжения, ветвей с источниками токов нагрузки путем усреднения за тот же период квадратов производных анормальных составляющих этих токов, отдельно определяют взаимное долевое участие в изменении качества напряжения в узле от взаимодействия двух ветвей с источниками токов нагрузок путем усреднения за тот же период произведения производных анормальных составляющих токов нагрузок, отдельно определяют взаимное долевое участие в изменении качества напряжения в узле от взаимодействия ветви с источником ЭДС с результирующим током ветвей нагрузки путем усреднения за тот же период произведения анормальной составляющей источника ЭДС с производной анормальной составляющей результирующего тока нагрузок, и затем определяют результирующее изменение качества напряжения в узле в соответствии со следующей формулой:

где е_а, i_1a, i_2a - анормальные составляющие соответственно в ЭДС энергосистемы, токах ветвей нагрузок;
СУ(e_а), СУ(i_1а), СУ(i_2а) - соответственно собственные долевые участия ветвей с ЭДС энергосистемы, источниками токов нагрузок;
ВУ(i_1a, i_2a), ВУ(е_а, i_1а + i_2a) - соответственно взаимные долевые участия двух ветвей нагрузок и ветви с ЭДС энергосистемы с виртуальной ветвью результирующего тока ветвей нагрузки.

Также в способе определения долевых участий нагрузки и энергосистемы в изменении качества напряжения в узле энергосистемы могут быть определены относительные значения собственных и взаимных долевых участий каждого энергообъекта узла энергосистемы в общее изменение качества напряжения в узле путем деления собственных и взаимных долевых участий каждого энергообъекта узла энергосистемы на усредненное за период значение квадрата анормальной составляющей напряжения узла энергосистемы, при этом все собственные и взаимные долевые участия в относительном виде связаны следующим уравнением:

где - квадрат действующего значения анормальной составляющей напряжения узла, СУ*(е_а), СУ*(i_1а), СУ*(i_2а) - соответственно относительные значения собственных долевых участий ветви с ЭДС энергосистемы, ветвей с источниками токов нагрузки, ВУ*(i_1a, i_2a), ВУ*(e_а, i_1а + i_2a) - соответственно относительные значения взаимных долевых участий пар ветвей нагрузки и ветви с ЭДС энергосистемы с ветвью результирующего тока ветвей нагрузки.

К тому же, способ определения долевых участий нагрузки и энергосистемы в изменении качества напряжения в узле энергосистемы может быть применен и при нескольких ветвях с источниками ЭДС в энергосистеме со своими реактансами, подключенными к узлу, дополнительно определяют: собственные долевые участия в изменении качества напряжения в узле от всех ветвей с источниками ЭДС путем усреднения за период квадрата анормальной составляющей каждой ЭДС, взаимные долевые участия в изменении качества напряжения в узле от попарного взаимодействия ветвей с источниками ЭДС путем усреднения за период произведения анормальных составляющих ЭДС каждой ветви, взаимные долевые участия в изменении качества напряжения в узле от взаимодействия каждой ветви с источником ЭДС с каждой ветвью тока нагрузки путем усреднения за период произведения анормальной составляющей ЭДС ветви на производную анормальной составляющей тока ветви и затем определяют результирующее изменение качества напряжения в узле в соответствии со следующей формулой:

где n - число ветвей с источниками ЭДС, примыкающими к узлу,
k - число ветвей нагрузки, примыкающих к узлу.

На фиг. 1 приведена схема узла энергосистемы с результирующим источником энергии, эквивалентирующим сложную энергосистему, для которого реализуется предлагаемый способ. На фиг 2 приведена схема узла энергосистемы с несколькими источниками электрической энергии.

Фиг. 1 содержит источник результирующей ЭДС 1 (е₁), являющийся эквивалентом сложной энергосистемы, сосредоточенный результирующий реактанс системы индуктивного типа 2 (L) ветви с этой ЭДС, примыкающей к узлу энергосистемы, токи источников токов 3 и 4 (i₁ и i₂), эквивалентирующих нелинейные нагрузки. При этом источник тока 3 (i₁) может быть источником тока одной парциальной нагрузки, влияние которой на качество напряжения в узле энергосистемы и определяется. Тогда ток источника 4 (i₂) может представлять источник суммарного тока всех остальных нагрузок узла. Фиг. 2 содержит источники ЭДС энергосистемы 5, 6, 7 (е₁, е₂, ... е_n, в общем случае число источников равно n), эквивалентные индуктивности ветвей с источниками соответственно 8, 9, 10 (L₁, L₂, ... L_n), источники тока 11, 12, 13 (i₁, i₂, ... i_k, в общем случае число парциальных источников узла равно k), эквивалентирующие k нелинейных нагрузок.

Искажения напряжения в узле энергосистемы обусловлены его анормальными составляющими, которые обусловлены наличием высших гармоник напряжения, обратной и нулевой последовательностей напряжения в многофазных системах напряжения. Любые анормальные составляющие будут обозначаться с индексом "а".

В соответствии с фиг. 1 для анормальной составляющей напряжения в типовом узле энергосистемы, выделенной известными способами, можно записать следующее дифференциальное уравнение:
.

Выполнив алгебраизацию дифференциального уравнения для анормальных составляющих путем сначала возведения уравнения типа (1) в квадрат и затем интегрирования его за период в соответствии с методом АДУ2 (Зиновьев Г.С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преобразователей. Новосибирск: НГУ, 1990. - С. 79-85), получим следующее алгебраическое уравнение относительно действующих значений анормальных (искажающих) составляющих напряжений и токов

Здесь СУ - собственное долевое участие соответствующей ветви, примыкающей к узлу, в общее изменение качества напряжения в узле, ВУ - взаимное долевое участие двух ветвей, примыкающих к узлу, в общее изменение качества напряжения в узле.

Физический смысл собственного долевого участия СУ конкретной ветви, примыкающей к узлу энергосистемы, состоит в определении того ухудшения качества напряжения в узле энергосистемы, которое возникло бы при отсутствии в других ветвях источников ухудшения качества напряжения (нелинейных нагрузок, источников ЭДС искаженной формы или источников ЭДС синусоидальной формы с различным напряжением в фазах многофазной системы).

Физический смысл взаимного долевого участия ВУ двух ветвей, примыкающих к узлу, состоит в определении того изменения качества (ухудшения или улучшения) напряжения в узле энергосистемы, которое обусловлено суммированием в узле анормальностей напряжения каждой ветви.

Выражение для относительных величин собственных СУ* и взаимных ВУ* долевых участий ветвей узла энергосистемы в результирующем изменении качества напряжения узла, принимаемое за единицу, можно получить, разделив левые и правые части уравнения (2) на U_a ², в результате получим:

Выражение для соответствующих коэффициентов, характеризующих отдельные виды анормальности, можно получить, если разделить уравнение (2) на действующее значение первой гармоники напряжения прямой последовательности. При этом, если анормальное напряжение есть напряжение высших гармоник, то получаются коэффициенты несинусоидальности (общий, собственные и взаимные), если анормальное напряжение есть напряжение обратной последовательности, то получаются коэффициенты обратной последовательности, если анормальное напряжение есть напряжение нулевой последовательности несимметричной трехфазной системы, то получаются коэффициенты нулевой последовательности в соответствии с тем, как они определены в ГОСТ 13109-97.

В изображенном на фиг. 2 общем случае узла энергосистемы с n ветвями, содержащих ЭДС, выражение для определения собственных и взаимных долевых участий ветвей узла в общее изменение качества напряжения в узле получается обобщением уравнения (2), принимающего следующий вид

Из уравнений (2) - (4) видно, что результирующие искажения качества напряжения в узле энергосистемы определяются не только собственными характеристиками (спектрами) всех примыкающих к узлу энергообъектов, но и взаимными попарными характеристиками энергообъектов. Именно взаимные характеристики энергообъектов и определяют, будет ли при подключении нового объекта ухудшение или улучшение качества электроэнергии в узле, так как коэффициенты взаимного участия могут иметь отрицательный или положительный знаки в отличие от коэффициентов собственного участия, которые всегда положительны. Поэтому способ определения долевого участия искажения качества электроэнергии методом отключения отдельных нагрузок себя не оправдал, что еще раз доказывает наличие принципиального недостатка этого способа.

Таким образом, предлагаемый способ определения долевых участий нагрузки и энергосистемы в изменении качества напряжения в узле системы снижает все погрешности способа определения, используемого в прототипе, так как предлагаемый способ учитывают, во-первых, весь энергопроцесс, а не его отдельные компоненты (активные и реактивные мощности), и, во-вторых, определяет долевые участия нагрузки и энергосистемы в изменении качества электроэнергии в узле энергосистемы по составляющим напряжения, как того требует стандарт ГОСТ 13109-97, а не по составляющим мощности. Кроме того, способ позволяет учесть не только влияние электропотребителей (нагрузок), но и влияние энергосистемы (источников энергии). Это подтверждает достижение решения задачи в рассматриваемом способе определения долевых участий - повышение точности определения и расширение функциональных возможностей способа определения долевых участий за счет появления новой возможности - определения долевого участия энергосистемы в изменении качества напряжения в узле энергосистемы.

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано при контроле электроэнергии в энергосистемах. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности определения долевых участий нагрузки и энергосистемы. Технический результат достигается путем того, что при определении долевого участия нагрузки и энергосистемы в изменении качества напряжения в узле энергосистемы происходит выделение анормальной составляющей напряжения U_a узла энергосистемы, анормольной составляющей результирующей ЭДС энергосистемы e_a, анормальных составляющих токов нагрузок i_1a,i_2a. Предложенный способ отличается тем, что отдельно определяют собственные долевые участия в изменении качества напряжения ветви с результирующей ЭДС энергосистемы путем усреднения за ее период квадрата анормальной составляющей напряжения, ветвей с источниками токов нагрузки путем усреднения за тот же период квадратов производных анормальных составляющих этих токов, отдельно определяют взаимное долевое участие в изменении качества напряжения в узле от взаимодействия пар ветвей с источниками токов нагрузок путем усреднения за тот же период произведения производных анормальных составляющих токов нагрузок, отдельно определяют взаимное долевое участие в изменении качества напряжения в узле от взаимодействия ветви с источником ЭДС с результирующим током ветвей нагрузки путем усреднения за тот же период произведения анормальной составляющей источника результирующей ЭДС с производной анормальной составляющей результирующего тока нагрузок, затем определяют результирующее изменение качества напряжения в узле в соответствии с приведенной формулой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения долевых участий нагрузки и энергосистемы в изменении качества напряжения в узле энергосистемы, включающий выделение анормальной составляющей напряжения U_а узла энергосистемы, анормальной составляющей результирующей ЭДС энергосистемы е_а, анормальных составляющих токов нагрузок i_1а, i_2а, отличающийся тем, что отдельно определяют собственные долевые участия в изменении качества напряжения ветви с результирующей ЭДС энергосистемы путем усреднения за ее период квадрата анормальной составляющей напряжения, ветвей с источниками токов нагрузки путем усреднения за тот же период квадратов производных анормальных составляющих этих токов, отдельно определяют взаимное долевое участие в изменении качества напряжения в узле от взаимодействия пар ветвей с источниками токов нагрузок путем усреднения за тот же период произведения производных анормальных составляющих токов нагрузок, отдельно определяют взаимное долевое участие в изменении качества напряжения в узле от взаимодействия ветви с источником ЭДС с результирующим током ветвей нагрузки путем усреднения за тот же период произведения анормальной составляющей источника результирующей ЭДС с производной анормальной составляющей результирующего тока нагрузок, и затем определяют результирующее изменение качества напряжения в узле в соответствии со следующей формулой:

где е_а, i_1a, i_2а - анормальные составляющие соответственно в ЭДС энергосистемы, токах ветвей нагрузок;
СУ(е_а), СУ(i_1а), СУ(i_2а) - соответственно собственные долевые участия ветвей с ЭДС энергосистемы, источниками токов нагрузок;
ВУ(i_1а, i_2a) ВУ(е_a, i_1а + i_2а) - соответственно взаимные долевые участия двух ветвей нагрузок и ветви с ЭДС энергосистемы с виртуальной ветвью результирующего тока ветвей нагрузки. 2. Способ определения долевых участий нагрузки и энергосистемы в изменении качества напряжения в узле энергосистемы по п.1, отличающийся тем, что определяют относительные значения собственных и взаимных долевых участий каждого энергообъекта узла энергосистемы в общее изменение качества напряжения в узле, которые делят на усредненное за период значение квадрата анормальной составляющей напряжения узла энергосистемы, при этом все собственные и взаимные долевые участия в относительном виде связаны следующим уравнением:

где - квадрат действующего значения анормальной составляющей напряжения узла;
СУ*(е_а), СУ*(i_1а), СУ*(i_2а) - соответственно относительные значения собственных долевых участий ветви с результирующей ЭДС энергосистемы, ветвей с источниками токов нагрузки;
ВУ*(i_1a, i_2a), ВУ*(e_а, i_1а + i_2a) - соответственно относительные значения взаимных долевых участий пар ветвей нагрузки и ветви с ЭДС энергосистемы с виртуальной ветвью результирующего тока ветвей нагрузки.