СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО ВКЛАДА СУБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ В ИСКАЖЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТОЧКЕ ОБЩЕГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
METHOD TO REVEAL ACTUAL CONTRIBUTION OF ELECTRIC CIRCUIT LOADS INTO DISTORTION OF POWER QUALITY AT COMMON CONNECTION POINT

Изобретение относится к области электроэнергетики и, в частности, к способам определения фактического вклада субъектов электрических сетей (поставщиков и потребителей электрической энергии) в значения показателей качества электрической энергии по напряжению, измеряемых в точке их общего присоединения (узле) электрической сети, которое может быть в дальнейшем усреднено на интервале наблюдения в соответствие с ГОСТ или подвергнуто иным количественными оценкам в соответствии с условиями коммерческих соглашений между поставщиками и потребителями электроэнергии для определения меры ответственности субъектов электрической сети за ухудшение показателей качества электрической энергии, или пересчитано в значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения и (или) коэффициентов несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательностям в соответствии с ГОСТ.
Известны способы выявления фактического вклада субъектов электрических сетей в искажение качества электроэнергии в точке общего присоединения в электрической сети (см. Никифорова В.Н., Лушнова А.Н. Метод определения фактического вклада субъекта, имеющего искажающие электроприемники, обусловившие несоответствие показателей качества электрической энергии. // Технологии ЭМС, 2002, №1 (4)), основанные на измерениях изменений токов в линиях присоединений в точке общего присоединения с «приписыванием» причины измененного режима одному из субъектов сети.
Недостатком способа является низкая достоверность выявления фактического вклада субъектов электрических сетей в искажение качества электрической энергии в точке общего присоединения в электрической сети, так как токи в линиях присоединений могут изменяться одновременно и независимо.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу измерения фактического вклада субъектов электрической сети в напряжения искажений качества электроэнергии в точке общего присоединения в электрической сети является способ, описанный в патенте РФ №2236016, МПК 7 G01R 19/00, G01R 29/04, H02J 13/00, опубликовано 31.01.04 г. При этом способе определения фактического вклада источников искажений в значения показателей качества электроэнергии в точке общего присоединения в электрической сети на каждой гармонике сети измеряется напряжение искажения, характеризующее показатель качества электроэнергии в точке общего присоединения, токи искажений субъектов, подключенных к узлу общего присоединения, а также фазовые углы сдвига между напряжением искажений и токами искажений субъектов на каждом интервале наблюдения и определяется множество K субъектов из общего их числа N, для которых фазовые углы сдвига между этими величинами больше 90° (или, иными словами, для которых активные составляющие токов субъектов меньше нуля), а фактический вклад каждого k-го субъекта электрической сети в напряжение искажения в точке общего присоединения на каждой из гармоник определятся как величина прямо пропорциональная проекции вектора его тока искажений на вектор суммарного тока искажений от всех K субъектов, формирующих искажение напряжения в точке общего присоединения, по формуле
,
где  - напряжение искажения в точке общего присоединения;
модуль суммарного тока искажений, генерируемого всеми K из субъектами сети из их общего числа N, присоединенными к точке общего присоединения;
- модуль тока искажений генерируемый k-м субъектом - источником искажений;
- фазовый угол сдвига между напряжением искажения  и током искажений, генерируемых k-м субъектом;
- фазовый угол сдвига между напряжением искажения  и суммарным током искажений, генерируемых всеми субъектами сети - источниками искажения, присоединенными к точке общего присоединения.
Недостатком способа является сложность процесса и низкая достоверность выявления фактического вклада субъектов электрических сетей в искажение качества электроэнергии в точке общего присоединения в электрической сети, так как он позволяет констатировать лишь факт и величину искажений напряжения в точке общего присоединения, определяемую направлением передачи энергии скажения от конкретного k-го субъекта сети, в то время, как остается открытым вопрос о степени «виновности» данного субъекта в возникающих искажениях (т.е. вкладе субъекта в искажения).
Технической задачей изобретения является повышение достоверности и упрощение процесса определения фактического вклада субъектов электрической сети в искажение напряжения в точке общего присоединения.
Это достигается тем, что в известном способе выявления фактического вклада субъектов электрических сетей в искажение качества электроэнергии в точке общего присоединения в электрической сети, заключающемся в измерении вклада в напряжение искажения в точке общего присоединения, определяемого конкретным субъектом электрической сети, путем измерения гармонического состава напряжения в указанной точке, гармонического состава токов субъектов электрической сети, подключенных к точке общего присоединения, и углов сдвига фаз между напряжениями и токами на каждой гармонике, напряжение каждой гармоники в точке общего присоединения разлагают на составляющие прямой - падающей на вход конкретного субъекта электрической сети и обратной - отраженной от входа конкретного субъекта электрической сети волн с учетом первичных параметров линии присоединения конкретного субъекта электрической сети, а напряжение искажения в точке общего присоединения определяют действующим значением напряжения обратной волны.
Кроме того, разложение на составляющие прямой и обратной волн напряжения каждой гармоники в точке общего присоединения может быть осуществлено в каналах T-преобразованием, а значение напряжения обратной волны определено обратным преобразованием обратных волн в каналах.
Кроме того, напряжение искажения в точке общего присоединения может быть определено в режиме реального времени по данным значений гармонического состава напряжения в каждый момент времени и далее усреднено на требуемом интервале времени.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что, если субъект электрической сети является источником искажения качества электроэнергии на определенной гармонике, то это всегда соответствует отрицательному значению (расчетного по данным измерений гармонических составляющих тока, напряжения и угла сдвига фаз между напряжением и током на каждой гармонике, т.е. гармонического состава напряжения в точке общего присоединения и гармонического состава тока субъекта электрической сети в точке общего присоединения) активной составляющей входного сопротивления  субъекта сети на этой гармонике. Этому импедансу соответствует передача энергии на частоте гармоники от ее источника в линию передачи (в направлении источника электроэнергии). Однако для установления источника возникновения ухудшения показателей качества электроэнергии именно от данного субъекта этого факта недостаточно, так как нет подтверждения источника возникновения такого соотношения фаз тока и напряжения, которое возможно и как следствие режима во внешней к субъекту энергосистеме. Учитывая это, предлагаемый способ основан на применении метода расчета цепей с распределенными параметрами и заключается в представлении напряжения на нагрузке в виде суммы прямой и обратной волн на каждой гармонике сети.
Хотя линии электропередачи классифицируются как «электрически короткие» и характеризуются наличием явно выраженной компоненты стоячей волны, однако это не запрещает применить к анализу режима в них подход цепей с распределенными параметрами. Исходными данными при этом являются спектры напряжения и тока на нагрузке, что просто и с высокой точностью измеряется с применением современных систем мониторинга, а также первичные параметры линий передачи, выраженные, например, в виде волновых сопротивлений линии  на каждой k-й гармонике сети.
Рассмотрим задачу на примере однофазной линии передачи, а затем обобщим метод расчета для трехфазных линий.
В соответствие с уравнениями длинной линии на каждой из гармоник сети на входных зажимах субъекта сети, для удобства изложения, нагрузке  (в референсной плоскости нагрузки) на частоте гармоники напряжение и ток можно представить в виде разложения на составляющие прямой - падающей на вход конкретного субъекта электрической сети и обратной - отраженной от входа конкретного субъекта электрической сети волн в сечении нагрузки (или в точке общего присоединения) , , , .
Откуда напряжения прямой и обратной волн на нагрузке выразятся через измеряемые напряжение и ток в нагрузке
;
.
пр
обр
В установившемся режиме линии прямая волна (падающая на нагрузку) характеризует источник, т.е. энергоснабжающую организацию и всех потребителей, за исключением рассматриваемого, а обратная волна - долю энергии, которая отразилась от нагрузки (по ряду причин, например из-за несогласованности и (или) за счет аддитивной составляющей, обусловленной генерацией энергии на данной частоте из-за нелинейных свойств нагрузки и т.п.). При этом, сравнивая на частоте рассматриваемой гармоники амплитуды прямой (U) и обратной (U) волн в референсной плоскости нагрузки, получается, что
1) при > (или же в соотношении мощностей прямой и обратной волн >) потребитель не ухудшает, а, в принципе, можно считать, что и улучшает качество (спектральный состав) электроэнергии. Это так, потому что в действительности амплитуды (действующие значения) гармонических составляющих тока и напряжения в любом сечении системы (в том числе и в точке общего присоединения), являются следствием граничных условий в системе в целом (наложения прямых обратных волн в сечении), т.е. не только свойств собственного полного сопротивления, приведенного к выходным зажимам конкретного субъекта энергосистемы, но и приведенного к его зажимам эквивалентного сопротивления остальных присоединений);
2) < (или же <) соответствует режиму, когда потребитель ухудшает качество электроэнергии. Заметим, что этому режиму соответствует значение отрицательной активной мощности на частоте рассматриваемой гармоники, соответствующее отрицательному значению активной составляющей входного сопротивления нагрузки .
Количественная оценка вклада каждого k-го субъекта сети в напряжение искажения в точке общего присоединения определяется действующим значением напряжения обратной волны - .
Особенность предлагаемого способа заключается в использовании величины волнового сопротивления линии передачи . Однако при известных первичных параметрах линий передачи любого вида (как воздушных, так и кабельных) расчет их вторичных параметров производится по известным формулам теории цепей (см., например, Теоретические основы электротехники./ Под ред П.А.Инонкин. - М.: «Высшая школа, 1976 г.).
С другой стороны, предлагаемый способ ориентирован на применение и в реальных трехфазных сетях, а в этом случае рациональным при расчете режимов в длинных линиях признан модальный подход, который с применением «Т-преобразования» сводит задачу расчета четырехпроводной линии (трехфазной цепи) к задаче расчета трех развязанных двухпроводных линий (трех волновых каналов). В этом случае параметр волнового сопротивления канала в явном виде в расчетах не фигурирует, его заменяют значения коэффициентов матриц первичных параметров реальной системы проводов линии передачи.
Использование модального подхода позволяет определить амплитуды прямых и обратных волн в каналах (отличающиеся волновыми числами), через которые рассчитываются фазные напряжения и токи в сечении четырехпроводной линии. Показателем вклада субъекта сети в искажение напряжения в точке общего присоединения следует принять значение фазного напряжения обратной волны, которое вычисляется по амплитудам волн в каналах с применением обратного «Т-преобразования».
Определение напряжения искажений в точке общего присоединения может осуществляться в режиме реального времени по данным значений гармонического состава напряжения в каждый момент времени и затем усредняться на требуемом интервале времени. Это обеспечивает возможность мониторинга состояния электрической сети и приводит к повышения качества выявления фактического вклада субъектов электрических сетей в искажение качества электроэнергии в точке общего присоединения в электрической сети.
Использование изобретения позволяет достоверно и просто оценивать вклад субъекта электроэнергетической сети в искажение качества электрической энергии в точке общего присоединения электрической сети в режиме реального времени с применением возможностей современных технологий. Применение способа возможно на базе имеющихся измерительных средств в электроэнергетических сетях лишь с добавлением в измерительное устройство модифицированного программного продукта, реализующего дополнительную цифровую обработки сигналов.