СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ВЫСШИХ ГАРМОНИК Российский патент 2024 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 №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.

Наиболее близким к изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является способ выявления источника высших гармоник (патент РФ №2782047, опубл. 21.10.2022). Способ выявления источника высших гармоник заключается 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, 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.

Недостатком данного способа является то, что он может быть использован в системах электроснабжения промышленных предприятий с источниками электроэнергии, вырабатывающими синусоидальное напряжение. На практике источники электроэнергии могут генерировать напряжение с формой, отличающейся от синусоидальной, например, из-за нелинейности цепей намагничивания силовых трансформаторов, создаваемой насыщением стали магнитопроводов этих трансформаторов.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей способа выявления источника высших гармоник - применения его в системах электроснабжения с источниками электроэнергии, генерирующими напряжение как с синусоидальной, так и отличающейся от синусоидальной формами.

Задача достигается определением местоположения источника искажения в электрической сети переменного тока, содержащей искажающие нагрузки, источник сетевого напряжения как синусоидальной, так и отличающейся от нее 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, результаты измерений тока и напряжения контролируемой гармоники используются для определения угла сдвига фаз между этими параметрами, если по значению данного угла фаз можно сделать вывод, что источник контролируемой гармоники находится в составе потребителя, то по 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, ТА - трансформатор тока, 1 - блок измерения напряжения гармоники, 2 - блок измерения тока гармоники, 3 - блок измерения угла сдвига фаз между током и напряжением контролируемой гармоники.

Схему электроснабжения представляют в виде, показанном на фиг. 1. Далее в схему электрической сети вводится подключенный последовательно ко вторичной обмотке трансформатора тока ТА, блок измерения тока гармоники 2 с параметрами X_C2, X_L2, подключенный к исследуемой сети через фильтр напряжения с параметрами X_C1, X_L1, блок измерения угла сдвига фаз 3 между током и напряжением контролируемой гармоники. 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 TA, 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.

Чтобы четко локализовать местоположение источника высших гармоник (искажающая нагрузка или нелинейные элементы в составе электрических сетей энергоснабжающей организации), определяется угол сдвига фаз между током и напряжением контролируемой гармоники. Если найденное значение угла сдвига фаз соответствует протеканию тока гармоники от потребителя, то процесс измерений продолжается, в противном случае он может быть заблокирован.

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 нагрузки 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 нагрузки 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 с источниками электроэнергии, генерирующими напряжение как с синусоидальной, так и отличающейся от синусоидальной формами.

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. Сущность заявленного метода заключается в возможности определения местоположения источника искажения в электрической сети переменного тока, содержащей искажающие нагрузки, источник сетевого напряжения как синусоидальной, так и отличающейся от нее 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. Результаты измерений тока и напряжения контролируемой гармоники используются для определения угла сдвига фаз между этими параметрами, по значению которого можно сделать вывод, что источник контролируемой гармоники находится в составе потребителя. По результатам полного сопротивления рассчитывают расстояние между точкой проведения измерений и точкой включения искажающей нагрузки. Техническим результатом при реализации заявленного решения является расширение функциональных возможностей способа выявления источника высших гармоник - применения его в системах электроснабжения с источниками электроэнергии, генерирующими напряжение как с синусоидальной, так и отличающейся от синусоидальных форм. Достоинством способа выявления источника высших гармоник является простота его реализации, экономичность затрат на устройство для его осуществления, возможность применения без перерыва в электроснабжении с источниками электроэнергии, генерирующими напряжение как с синусоидальной, так и отличающейся от синусоидальной формами. 1 ил.

Способ выявления источника высших гармоник, заключающийся в определении местоположения источника искажения в электрической сети переменного тока, содержащей искажающие нагрузки, 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, отличающийся тем, что при питании от источника сетевого напряжения как синусоидальной, так и отличной от синусоидальной, формы напряжения, к выходам блоков измерения тока и напряжения контролируемой гармоники подключают блок измерения угла сдвига фаз, в случае нахождения источника гармоник в составе потребителя, что определяется по величине угла сдвига фаз 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.