Показатели качества электроэнергии

 

Рисунок 15.8- Схема симметрокомпенсирующего устройства

Оригинальным  техническим решением является СУ на основе трансформаторов с вращающимся  магнитным полем, состоящих из трехфазного статора и заторможенного ротора. На роторе имеется однофазная обмотка, к которой подключены постоянные реактивные элементы (БК или реактор). Устройство представляет собой несимметричную нагрузку, фаза тока обратной последовательности которой может изменяться в диапазоне 0–2p при повороте ротора. Комбинация из двух таких СУ позволяет регулировать модуль и фазу тока обратной последовательности путем поворота на определенные углы их роторов.

На рис. 15.9 приведены схемы СУ с вращающимся магнитным полем типа L-L и L-C. Закон управления СУ типа L-C:

                  

                         (15.3)

              

.                                          (15.4)

Здесь – углы поворота роторов; – мощности реактивных элементов; – аргумент линейного тока обратной последовательности несимметричной нагрузки .

 

a)	б)

 

Рисунок 15.9- Схемы СУ типа L-L (a)  и L-C (б) с вращающимся магнитным полем

 

Симметрирование системы напряжений может быть осуществлено также путем введения системы  добавочных ЭДС. Суть этого способа  симметрирования заключается в  том, что между источником и приемником в разрыв линейных проводов включаются дополнительные источники ЭДС, образующие систему обратной последовательности. В результате суммирования ЭДС основного  и добавочного источников их симметричные составляющие обратной последовательности взаимно компенсируются, напряжение на приемнике становится симметричным. На практике в качестве источника  добавочной системы ЭДС могут  быть использованы синхронный генератор, трансформаторы последовательного  регулирования, трансформатор с  пофазным регулированием коэффициента трансформации.

Если система  подведенных к трансформатору напряжений симметрична, то сдвиг по фазе между  вторичными фазными напряжениями ,  и составит 2/3p независимо от коэффициента трансформации в каждой из фаз. При равных коэффициентах трансформации система вторичных напряжений симметрична. Если, например, уменьшить коэффициент трансформации в фазе, то напряжение возрастет до значения  , что приведет к искажению системы линейных напряжений , т.е. к появлению составляющей обратной последовательности. С помощью этого СУ возможно симметрировать режимы работы в сетях с несимметричными ЭП, а также входные напряжения.

Пример. Однофазные электрические печи мощностью 3 и 5 МВ_^.А при подключены к сети 6 кВ на линейные напряжения и . На шинах 6 кВ = 180 МВ_^.А.

Определить  значение , и, в случае необходимости, рассчитать параметры СУ.

Решение. Ток обратной последовательности несиммет-ричной нагрузки

.

Коэффициент обратной последовательности

.

Мощность  БК для полного устранения несимметрии

Распределение БК:

.

 

Проверка  правильности решения:

 

ток обратной последовательности СУ

начальная фаза тока

что подтверждает правильность выбора параметров СУ.

 

Лекция 16

 

Измерения уровней показателей  качества

 

Измерение отклонений напряжения

Для реализации аппаратурного контроля КЭ одним из основных является вопрос о требованиях к измерительным  приборам и, в первую очередь, о допустимых погрешностях измерения ПКЭ, поскольку  массогабаритные, стоимостные и  другие характеристики приборов в большой  мере зависят от их точности. Вопрос о допустимых погрешностях измерения  ПКЭ тесно связан с техническими и экономическими аспектами проблемы КЭ. При отклонениях, несимметрии  и несинусоидальности напряжения экономический  ущерб определяется в основном квадратом  отклонения соответствующего ПКЭ от оптимального или нулевого значения. Функция экономического ущерба малочувствительна, т.е. изменяется в весьма небольших  пределах при изменении ПКЭ в  диапазоне значений, допустимых стандартами, но весьма чувствительна в области  значений ПКЭ, бóльших допустимых. Например, при абсолютной погрешности определения K_2U 3 % и K_U до 15 % ошибка в оценке ущерба будет составлять 500–1200 дол. в год. В масштабе годовой деятельности предприятия этот ущерб весьма невелик. Следовательно, с точки зрения оценки ущербов, обусловленных пониженным КЭ, высокая точность измерений соответствующих ПКЭ не требуется.

Можно сделать вывод  и о том, что высокая – лабораторного  класса – точность измерений ПКЭ  для обеспечения нормальной работы СЭС не требуется. Пределы допустимых погрешностей измерений ПКЭ согласно ГОСТ 13109-97 приведены в табл. 16.1.

Это относится  как к измерениям значений ПКЭ  в условиях спокойной и практически  неизменной нагрузки, так и к измерениям, связанным с оценкой интегральной вероятности появления допустимых значений величины. Приборы для исследования ПКЭ должны быть помехоустойчивыми  в условиях вероятных отклонений неизмеряемых ПКЭ и обеспечивать возможность статистической обработки  результатов измерений.

 

Таблица 16.1- Погрешности измерений ПКЭ

Показатель КЭ	Пределы допустимых погрешностей измерений  показателя КЭ
	абсолютный	относительный
Установившееся отклонение напряжения	± 0,5	–
Размах изменения напряжения	–	±8
Доза фликера, отн.ед.:   кратковременная   длительная	– – –	±5 ±5
Коэффициент искажения синусоидальности напряжения, %	–	±10
Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения, %	±0,05 при КU(n)<1,0	±0,05 при КU(n)>1,0
Коэффициент несимметрии  напряжений по обратной последовательности, %	±0,3	–
Коэффициент несимметрии  напряжений по нулевой последовательности, %	±0,5	–
Отклонение частоты	±0,03	–
Длительность ПН, мс	±10	–
Импульсное напряжение, кВ	–	±10
Коэффициент временного перенапряжения, отн. ед.	–	±10

Для оценки ОН в электросетях предприятий  со стабильными нагрузками можно  использовать обычные щитовые вольтметры электромагнитной системы; наиболее удобно применять для этой цели цифровые вольтметры. Такие приборы имеют  погрешность измерения не более 0,25 %, позволяют автоматизировать измерения  и обеспечивать регистрацию результатов  на устройствах сохранения информации. Функциональная система цифрового  вольтметра представлена на рис. 16.1. Входное устройство 1 включает в себя выпрямитель, на выходе которого напряжение прямо пропорционально измеряемому. Это напряжение с помощью сравнивающего устройства 2 сопоставляется с напряжением генератора пилообразного напряжения 4; при переходе пилообразного напряжения через нуль запускается электронный счетчик импульсов 5; импульсы генерируются кварцевым генератором 3. При равенстве выпрямленного и пилообразного напряжений счетчик импульсов останавливается и происходит считывание импульсов; число импульсов пропорционально измеряемому напряжению при индикации последнего устройством цифрового отсчета 6.

Помимо описанного способа аналого-цифрового преобразования в цифровых вольтметрах используются и другие. Применение цифровых вольтметров  практически исключает субъективные ошибки при измерениях и обеспечивает облегчение и ускорение процесса измерений. Для контроля ОН могут  быть рекомендованы самопишущие  приборы, которые нормально работают в диапазоне частот 45–1000 Гц.

С помощью самопишущих приборов может  быть внедрен статистический контроль ОН; для этого необходима специальная  обработка регистрограмм. Такой  контроль может вестись и по показаниям стрелочных приборов, однако точность его невысока.

 

 

Рисунок 16.1-. Структурная схема цифрового вольтметра

Обработку регистрограмм рекомендуется  производить в следующем порядке.

1. Разбивают регистрограммы на  интервалы равной ширины. Число  интервалов (на каждый час регистрации)  рекомендуется принимать при  построении гистограмм в характерных  режимах суточной нагрузки равным 24 (при скорости движения ленты  60 мм/ч) и 60 (при скорости 180 мм/ч). Соответственно при построении  гистограмм для суток в целом  рекомендуемое число интервалов  на каждый час регистрации  составит 12 и 36.

2. Определяют напряжение на границах  каждого интервала.

3. Подсчитывают отклонения  , %:

,

где – напряжение на границе интервала, В; – номинальное напряжение, В.

4. Выбирают число интервалов  группирования таким образом,  чтобы в большинство интервалов  попало более четырех-пяти измерений.  Ширина интервала должна быть  несколько больше, чем

,

где – соответственно верхний и нижний пределы ОН, измеренные в контрольном пункте, %; – число интервалов группирования.

При этом должно выполняться условие

,

где – ширина интервала; – среднеквадратическое отклонение, %.

В противном случае следует увеличить  число интервалов группирования.

5. Определяют границы и середину  интервалов группирования, затем  подсчитывают суммарное число  ОН в одном интервале.

6. Определяют вероятность попадания  ОН в каждый интервал и строят  гистограмму отклонений напряжения.

7. Определяют математическое ожидание  и стандарт ОН.

Измерение колебаний напряжения. Измеритель уровня мигания ламп (будем называть его фликерметром) может использоваться при любом законе изменения напряжения. По существу с его помощью измеряется степень мигания светового потока ламп накаливания.

Целью измерительной оценки этого  явления является количественное описание уровня человеческого раздражения, вызванного изменяющимся световым потоком. В этом процессе можно выделить три основных элемента:

источник КН;

глаз человека, являющийся элементом  восприятия;

мозг человека с его нелинейными (в функции частоты)

реакциями.

Для измерительной оценки доступна только первая составляющая; остальные должны быть смоделированы. Только в том случае, когда будет найдено правильное соответствие между изменением напряжения различной формы и уровнем человеческого раздражения, моделирование этого сложного устройства будет корректным.

Все эти факты, включая составляющие процесса физиологического восприятия, должны быть учтены при реализации прибора для измерения миганий  света – фликерметра.

С помощью этого прибора появляется возможность оценивать мигания  света (в соответствии с реакцией наблюдателя) независимо от значения КН и источников возмущения.

На рис. 16.2 представлена упрощенная структурная схема фликерметра. В его структуре можно выделить пять отдельных блоков.

 

 

Рисунок 16.2 Упрощенная структурная схема фликерметра

Блок 1. В этом блоке из сигнала, изменяющегося пропорционально действующему значению напряжения питания, выделяется информация о мгновенных изменениях напряжения, причем среднее значение этих изменений напряжения соответствует среднему действующему значению напряжения, определяемому с интервалом в одну минуту.

Это позволяет отслеживать свободные  изменения напряжения, вызываемые, например, процессами регулирования напряжения со стороны питающей системы.

Выходное устройство блока 1  обеспечивает передачу входного сигнала в блок 2. Он также включает в себя генератор сигнала для калибровки прибора. Блоки 2, 3 и 4 представляют собой модели ламп накаливания, глаз и мозга человека.

Блок 2 (демодулятор). Входным сигналом для этого устройства является мгновенное изменение напряжения, которое может быть интерпретировано как сигнал модуляции, наложенный на основную частоту 50 Гц. В связи с этим возникает необходимость определения сигнала модуляции. Для этой цели служит демодулятор в структурной схеме измерителя. Далее сигнал возводится в квадрат. Применение квадратичного демодулятора объясняется простотой его технологической реализации и удовлетворительными результатами измерений.

Блок 3. Этот блок включает в себя несколько фильтров. Первый фильтр задерживает постоянную составляющую и другие нежелательные составляющие выходного сигнала демодулятора. Частотная характеристика устройства: лампа накаливания – глаз человека была воссоздана с помощью широкополосного фильтра 4-го порядка, который представлен следующей зависимостью и частотной характеристикой, приведенной на рис. 16.3: