Способ идентификации гармонической эмиссии потребителя
METHOD FOR IDENTIFYING THE HARMONIC EMISSION OF THE CONSUMER

Изобретение относится к области электротехники, а именно к методам измерения фактических вкладов потребителя и системы в общий уровень несинусоидальности, и может быть использовано для определения, изменяющегося во времени фактического вклада (ФВ) потребителя в общий уровень несинусоидальности напряжения сети на частотах отдельных гармонических составляющих.
Известен способ измерения искажающего воздействия потребителя, в рамках которого фактический вклад на частоте отдельной гармоники рассчитывается на основе данных измерений и амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) сопротивлений сети и потребителя, определяемых с помощью регрессионной модели по методу наименьших квадратов [1].
Недостатком данного способа является потребность в большом массиве данных, необходимом для построения регрессионной модели и определения АЧХ сопротивления. Это существенно замедляет процесс определения ФВ и делает невозможным использование соответствующего метода для измерения временных зависимостей уровней ФВ потребителя и системы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения ФВ потребителя и сети в результате рабочих коммутаций сетевого электрооборудования (батарей конденсаторов или трансформаторов), при которых измеряется реакция сети на возникающий переходной процесс, определяется АЧХ сопротивления и рассчитываются ФВ [2].
Недостатком данного способа является низкая достоверность, невозможность определения изменяющейся на временном интервале АЧХ сопротивления в сетях с переменной структурой в связи с необходимостью проведения многократных коммутаций оборудования и создания 1
продолжительных переходных процессов, влияющих на режим функционирования исследуемой электрической сети.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение корректной оценки меняющегося во времени влияния потребителя на общий уровень искажений сетевого напряжения, которое достигается посредством количественного анализа нестационарного вклада потребителя в общий уровень несинусоидальности напряжения сети за определенный интервал времени.
Технический результат заключается в повышении достоверности определения нестационарных уровней фактического вклада потребителя в несинусоидальность в произвольный момент времени.
Это достигается способом идентификации гармонической эмиссии потребителя, заключающемся в определении фактического вклада потребителя в общий уровень несинусоидальности напряжения сети на частоте отдельных гармоник на основе реакции исследуемой сети на вводимую широкополосную измерительную помеху, согласно изобретению генерируют и многократно вводят в сеть сигнал троичной импульсной последовательности, измеряют напряжение в точке подключения и токи потребителя и сети, определяют спектральные составляющие напряжения в точке подключения и токов потребителя и помехи, производят расчет изменяющихся во времени амплитудно-частотных характеристик сопротивления сети и потребителя, рассчитывают изменяющиеся во времени фактические вклады потребителя и сети.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема замещения электрической сети с подключенным потребителем на частоте рассматриваемой гармоники, на фиг. 2 и 3 сигнал измерительной помехи соответственно во временной и частотной областях, на фиг. 4 - блок схема, поясняющая сущность способа, на фиг. 5 блок-схема устройства идентификации гармонической эмиссии потребителя.
сети
потр
сети
потр
пом
Схема замещения на частоте рассматриваемой гармоники включает источники тока сети 1 и потребителя 2, J(ƒ, t) и J(ƒ, t), соответствующие сопротивления Z(ƒ, t) и Z(ƒ, t), а также источник тока измерительной помехи J(ƒ, t) инвертор напряжения (ИН) 3 (см. фиг. 1).
Способ идентификации гармонической эмиссии потребителя осуществляют следующим образом.
В рамках предлагаемого способа сеть 1 вместе с потребителем 2, несинусоидальное воздействие которого оценивается, могут быть представлены в произвольный момент времени t в виде схемы замещения на частоте рассматриваемой гармоники (фиг.1).
сети
потр
ceти
потр
Для данной схемы на каждом временном шаге могут быть определены АЧХ сопротивления сети 1 и потребителя 2, Z(ƒ, t) и Z(ƒ, t), и ФВ сети 1 и потребителя 2, соответственно U(ƒ, t) и U(ƒ, 0 по отдельным гармоникам в соответствии с выражениями
i
Определение изменяющихся во времени ФВ обеспечивают за счет многократного введения в сеть 1 измерительной помехи. На каждом периоде измерительной помехи определяют АЧХ сопротивления и, соответственно, ФВ потребителя 2 и системы по рассматриваемым гармоникам. При этом для снижения погрешности при совпадении спектральных составляющих помехи с гармониками тока потребителя 2 АЧХ сопротивления сети определяют для интергармонических (ƒ≠m⋅50 Гц, m⊂Z) составляющих спектра. В связи с этим период помехи соответствует нескольким периодам сетевого напряжения, что, тем не менее, позволяет обеспечить высокую временную дискретизацию определяемых графиков ФВ.
шаг
В качестве сигнала измерительной помехи используется троичная импульсная последовательность [3], характеризующаяся низким уровнем влияния на сеть за счет низкого коэффициента формы (фиг. 2), а также отличающаяся широким равномерным спектром на всем частотном диапазоне (фиг. 3). Число импульсов сигнала помехи N определяется в соответствии с частотой ШИМ-переключения генератора помехи и требуемым разрешением спектра по частоте ƒ:
Амплитуда помехи выбирается таким образом, чтобы измеряемые сигналы напряжения и токов не отличались от соответствующих номинальных значений более чем на 5%.
1
1
2
1
1
2
сети
потр
Сущность способа идентификации гармонической эмиссии потребителя иллюстрируется с помощью блок-схемы (фиг. 4). Измерительная помеха в виде троичной импульсной последовательности с заданными параметрами вводится в исследуемую сеть, после чего измеряют реакцию сети в виде кривых напряжения в точке подключения u(ƒ, t) и токов потребителя и сети i(ƒ, t) и i(ƒ, t). Рассчитывают соответствующие спектральные составляющие напряжения в точке подключения и токов потребителя и помехи U(ƒ, t), I(ƒ, t), I(ƒ, t), затем - изменяющиеся во времени АЧХ сопротивления сети и потребителя Z(ƒ, t) и Z(ƒ, t) и в результате - осуществляют расчет изменяющихся во времени ФВ потребителя и сети и строят соответствующие временные графики.
Способ идентификации гармонической эмиссии потребителя может быть реализован с использованием устройства (см. фиг. 5).
Устройство выполнено по схеме однофазного инвертора, силовая часть которого состоит из мостового ИН 3, соединенного с источником постоянного напряжения 4 и входным LCL-фильтром 5, подключенным к сети 1. Вход блока измерения и обработки данных 6 соединен с выходом сети 1, а его выход с входом блока управления 7. Регулирование параметров выходного напряжения ИН 3 осуществляется с помощью блока управления 7, выполненного на базе цифрового сигнального процессора (ЦСП), и формирующего на основе выходных сигналов блока измерения и обработки данных 6 сигнал управления транзисторами мостового ИН 3.
Выход ИН 3 подключается параллельно потребителю 2, эмиссия которого оценивается, включаются датчики напряжения сети и тока питания потребителя. В память ЦСП блока управления 7 загружается алгоритм управления ИН 3, содержащий параметры аналого-цифрового преобразователя (АЦП), контроллеров широтно-импульсной модуляции (ШИМ), передаточных функций фазовой автоподстройки частоты и контура регулирования выходного тока, а также параметры измерительной помехи. В результате в исследуемую сеть 1 выдается широкополосный сигнал измерительной помехи и измеряется соответствующая реакция сети 1 на данное воздействие в виде кривых напряжения в точке подключения, выходного тока ИН 3 и тока питания потребителя 2. Данные измерений за рассматриваемый интервал времени позволяют рассчитать соответствующее изменение ФВ потребителя 2 и системы в общий уровень несинусоидальности напряжения по отдельным гармоникам.
В предлагаемом способе используется измерительная помеха, характеризующаяся широким спектральным составом и позволяющая единовременно измерять АЧХ сопротивления сети на всем рассматриваемом частотном диапазоне. В свою очередь использование АЧХ сопротивления совместно с измеренными напряжением сети и током питания потребителя позволяет математически рассчитывать уровни влияния потребителя и системы с высоким разрешением по времени и, тем самым, определять временные зависимости ФВ по отдельным гармоникам за рассматриваемый интервал.
Использование изобретения позволяет корректно оценить нестационарную эмиссию потребителя и его меняющееся во времени влияние на общий уровень искажений сетевого напряжения, повысить достоверность определения нестационарных уровней фактического вклада потребителя в несинусоидальность в произвольный момент времени.
Источники информации
1. KR 101322656 B1 опубл. 30.10.2013 https://patents.google.com/patent/KR101322656 В1/en?oq=KRl01322656 В1.
2. С.И. Гамазин, В.А. Петрович, В.Н. Никифорова «Определение фактического вклада потребителя в искажение параметров качества электрической энергии» // Промышленная энергетика. - 2003. - №1.
3. Т. Roinila and Т. Messo, "Online Grid-Impedance Measurement Using Ternary-Sequence Injection," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 54, no. 5, pp. 5097-5103, Sept.-Oct. 2018.