Способ выявления источника высших гармоник Российский патент 2022 года по МПК G01R23/20 G01R27/08 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к способам оценки качества электроэнергии, и может быть использовано в электрических сетях и системах электроснабжения для определения места нахождения источников высших гармоник.

Известен способ выявления и оценки искажающей нагрузки в сети переменного тока (патент РФ №2206099, опубл. 10.06.2003). Принцип действия данного способа состоит в определении места подключения искажающей нагрузки к фидерной линии путем определения знака и величины активной мощности высших гармоник. Для упрощения анализа отыскание мощности высших гармоник предлагается заменить измерением составляющей активной мощности основной гармоники идеального симметричного вентиля, предполагаемое введение которого могло бы привести к существующей величине и форме напряжения и тока в контрольной точке сети. Для оценки полной мощности высших гармоник искажающей нагрузки указанную мощность первой гармоники вентиля умножают на коэффициент пропорциональности, зависящий от величин активных сопротивлений участков сети с различных сторон от точки подключения указанной нагрузки.

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость в перерыве электроснабжения на время включения в сеть вентиля, а также необходимость определения коэффициентов пропорциональности для оценки мощности искажений, вносимых с различных сторон от места измерения для оценки полной мощности высших гармоник.

Наиболее близким к изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является способ выявления и оценки искажающей нагрузки в сети переменного тока (патент

РФ №2573706, опубл. 27.01.2016). Способ выявления источника высших гармоник заключается в определении местоположения источника искажения в электрической сети переменного тока, которая содержит искажающие нагрузки, источник сетевого напряжения синусоидальной формы, питающую линию с конечной величиной внутреннего активного и реактивного сопротивления и подключенными в параллель потребителями электроэнергии, часть которых относится к категории искажающих нагрузок с несинусоидальной формой тока на сетевом входе. При этом для анализа источника высших гармоник в контрольной точке сети параллельно нагрузке подключают фильтр, настроенный в последовательный резонанс на частоту исследуемой гармоники. Далее снимают зависимость тока исследуемой гармоники системы I_S от активного сопротивления фильтра R_Ф, по анализу зависимости тока системы на высшей гармонике от активного сопротивления фильтра определяют местонахождение источника нелинейных искажений.

Недостатком данного способа является то, что он может быть использован в системах электроснабжения промышленных предприятий только с неизменной нагрузкой, что значительно снижает область применения данного способа.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей способа выявления источника высших гармоник – применения его в системах электроснабжения как с неизменной, так и с постоянной нагрузками.

Задача достигается определением местоположения источника искажения в электрической сети переменного тока, содержащей искажающие нагрузки, источник сетевого напряжения синусоидальной формы, питающую линию с конечной величиной внутреннего активного и реактивного сопротивления и подключенными в параллель потребителями электроэнергии, часть которых относится к категории искажающих нагрузок с несинусоидальной формой тока на сетевом входе, при этом для анализа источника высших гармоник к фильтру, подключенному в контрольной точке сети параллельно нагрузке и настроенному в последовательный резонанс на частоту исследуемой гармоники, подключают блок измерения напряжения гармоники, к вторичной обмотке трансформатора тока, контролирующего ток сети, подключают второй фильтр, настроенный на частоту исследуемой гармоники, последовательно со вторым фильтром подключают блок измерения тока гармоники, затем по измеренным значениям тока и напряжения контролируемой гармоники определяют величины полного сопротивления участка цепи между точкой проведения измерений и точкой включения искажающей нагрузки и по результатам полного сопротивления рассчитывают расстояние между точкой проведения измерений и точкой включения искажающей нагрузки.

Предлагаемый способ поясняется схемой, представленной на фиг. 1, где

показана схема замещения электрической сети, включающей в себя источник напряжения, питающую линию с конечной величиной внутреннего активного и реактивного сопротивления и подключенными в параллель потребителями электроэнергии, часть которых относится к категории искажающих нагрузок с несинусоидальной формой тока на сетевом входе, на фиг. 1: U_с – источник напряжения, R_S, X_S – активное и реактивное сопротивление системы (внутреннее сопротивление источника и питающей линии), R_H1, X_H1 – параметры нагрузки, не создающей высшие гармоники тока и напряжения, R_H2, X_H2 – параметры искажающей нагрузки, то есть нагрузки, создающей высшие гармоники тока и напряжения, X_C1, X_C2, X_L1, X_L2, R_Ф, – параметры фильтрокомпенсирующего устройства, Т_А – трансформатор тока, 1 – блок измерения напряжения гармоники, 2 – блок измерения тока гармоники. Схему электроснабжения представляют в виде, показанном на фиг. 1. Далее в схему электрической сети вводится подключенный последовательно ко вторичной обмотке трансформатора тока Т_А, блок измерения тока гармоники 2 с параметрами X_C2, X_L2, подключенный к исследуемой сети через фильтр напряжения с параметрами X_C1, X_L1. Фильтры тока и напряжения перед началом измерений настраиваются на частоту исследуемой гармоники.

Работа данной схемы осуществляется следующим образом. Потребители электроэнергии, представленные в схеме элементами R_H1, X_H1 (неискажающая нагрузка) и элементами R_H2, X_H2 (искажающая нагрузка), подключены к источнику электроэнергии U_с линией электропередачи. Для упрощения схемы внутренние активные и индуктивные сопротивления источника электроснабжения объединены в элементы R_S, X_S, последовательно подключенные с источником электроэнергии U_с.

При подключении нагрузок R_H1, X_H1 и R_H2, X_H2 к источнику электроснабжения в схеме, в том числе и через трансформатор тока T_A, протекает ток I_s. Этот ток содержит как основную частоту (50 Гц), так и высшие гармоники, создаваемые искажающей нагрузкой R_H2, X_H2. Ток I_s, проходящий через первичную обмотку трансформатора тока, преобразуется и поэтому ток вторичной обмотки данного трансформатора тока также будет содержать основную частоту и высшие гармоники. Так как ко вторичной обмотке трансформатора тока подключен фильтр, содержащий индуктивное и емкостное сопротивление X_C2, X_L2 и настроенный на частоту исследуемой гармоники, блок измерения тока 2 выполнит в этом случае измерение только тока рассматриваемой гармоники.

Наличие в схеме искажающей нагрузки также приводит к появлению в напряжении электрической сети высших гармоник. Для проведения измерений напряжений гармоник используется блок 1, подключенный к сети также через фильтр, содержащий индуктивное и емкостное сопротивление X_C1, X_L1 и настроенный на частоту исследуемой гармоники.

В результате применения измерительных блоков тока и напряжения, подключенных через фильтры, одновременно можно получить значения напряжения U_г исследуемой гармоники и тока I_г этой же гармоники. Далее, используя эти значения, рассчитываем величину полного сопротивления Z электрической цепи между точкой включения измерительных устройств и местом нахождения искажающей нагрузкой по следующей формуле:

Z = U_г/I_г. (1)

Зная величину полного сопротивления Z и удельное сопротивление (на единицу длины линии) Z₀, определяем расстояние L от точки включения измерительных устройств до искажающей нагрузкой как:

L = Z/Z₀. (2)

Достоинством способа выявления источника высших гармоник является простота его реализации, экономичность затрат на устройство для его осуществления, возможность его применения без перерыва в электроснабжении в системах электроснабжения промышленных предприятий, в том числе и с изменяющейся нагрузкой, а также использование на действующих объектах с установленными фильтрокомпенсирующими устройствами.

Изобретение относится к анализу спектра напряжения для выявления источника высших напряжений. Способ выявления источника высших гармоник заключается в том, что к фильтру, подключенному в контрольной точке сети параллельно нагрузке и настроенному в последовательный резонанс на частоту исследуемой гармоники, подключают блок измерения напряжения гармоники, к вторичной обмотке трансформатора тока, контролирующего ток сети, подключают второй фильтр, настроенный на частоту исследуемой гармоники, последовательно со вторым фильтром подключают блок измерения тока гармоники. Затем по измеренным значениям тока и напряжения контролируемой гармоники определяют величины полного сопротивления участка цепи между точкой проведения измерений и точкой включения искажающей нагрузки и по результатам полного сопротивления рассчитывают расстояние между точкой проведения измерений и точкой включения искажающей нагрузки. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей способа выявления источника высших гармоник. 1 ил.

Способ выявления источника высших гармоник, заключающийся в определении местоположения источника искажения в электрической сети переменного тока, содержащей искажающие нагрузки, источник сетевого напряжения синусоидальной формы, питающую линию с конечной величиной внутреннего активного и реактивного сопротивления и подключенными в параллель потребителями электроэнергии, часть которых относится к категории искажающих нагрузок с несинусоидальной формой тока на сетевом входе, при этом для анализа источника высших гармоник к фильтру, подключенному в контрольной точке сети параллельно нагрузке и настроенному в последовательный резонанс на частоту исследуемой гармоники, подключают блок измерения напряжения гармоники, отличающийся тем, что к вторичной обмотке трансформатора тока, контролирующего ток сети, подключают второй фильтр, настроенный на частоту исследуемой гармоники, последовательно со вторым фильтром подключают блок измерения тока гармоники, затем по измеренным значениям тока и напряжения контролируемой гармоники определяют величины полного сопротивления участка цепи между точкой проведения измерений и точкой включения искажающей нагрузки и по результатам полного сопротивления рассчитывают расстояние между точкой проведения измерений и точкой включения искажающей нагрузки.