Способ выявления источника высших гармоник
METHOD FOR IDENTIFYING THE SOURCE OF HIGHER HARMONICS

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
S
Ф
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 от активного сопротивления фильтра R, 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
с
S
S
H1
H1
H2
H2
C1
C2
L1
L2
Ф
А
А
C2
L2
C1
L1
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 – источник напряжения, R, X – активное и реактивное сопротивление системы (внутреннее сопротивление источника и питающей линии), R, X – параметры нагрузки, не создающей высшие гармоники тока и напряжения, R, X – параметры искажающей нагрузки, то есть нагрузки, создающей высшие гармоники тока и напряжения, X, X, X, X, R, – параметры фильтрокомпенсирующего устройства, Т – 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, блок измерения тока гармоники 2 с параметрами X, X, подключенный к исследуемой сети через фильтр напряжения с параметрами X, X. Фильтры тока и напряжения перед началом измерений настраиваются на частоту исследуемой гармоники.
H1
H1
H2
H2
с
S
S
с
Работа данной схемы осуществляется следующим образом. Потребители электроэнергии, представленные в схеме элементами R, X(неискажающая нагрузка) и элементами R, X (искажающая нагрузка), подключены к источнику электроэнергии U линией электропередачи. Для упрощения схемы внутренние активные и индуктивные сопротивления источника электроснабжения объединены в элементы R, X, последовательно подключенные с источником электроэнергии U.
H1
H1
H2
H2
A
s
H2
H2
s
C2
L2
При подключении нагрузок R, X и R, X к источнику электроснабжения в схеме, в том числе и через трансформатор тока T, протекает ток I. Этот ток содержит как основную частоту (50 Гц), так и высшие гармоники, создаваемые искажающей нагрузкой R, X. Ток I, 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, X и настроенный на частоту исследуемой гармоники, блок измерения тока 2 выполнит в этом случае измерение только тока рассматриваемой гармоники.
C1
L1
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, X и настроенный на частоту исследуемой гармоники.
г
г
В результате применения измерительных блоков тока и напряжения, подключенных через фильтры, одновременно можно получить значения напряжения U исследуемой гармоники и тока I 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:
г
г
Z = U/I. (1)
0
Зная величину полного сопротивления Z и удельное сопротивление (на единицу длины линии) Z, определяем расстояние L от точки включения измерительных устройств до искажающей нагрузкой как:
0
L = Z/Z. (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.