Визначення коефіцієнта спотворення напруги в системах електропостачання

Abstract

Нові технічні розробки, наприклад, у галузі частотних електроприводів технологічних агрегатів, електрифікованого транспорту, вітрових та сонячних електростанцій, використовують пристрої, побудовані на базі потужних тиристорів та транзисторів. Багато сучасних пристроїв, сконструйованих на цих елементах, є потужними генераторами вищих гармонік струмів, котрі проникають у електричні мережі систем електропостачання. Це потребує розроблення заходів та засобів для обмеження вищих гармонік струмів у електричних мережах. У роботі розглянуто метод і засіб визначення коефіцієнта спотворення форми напруги вищими гармоніками в електричних мережах. Цей коефіцієнт належить до групи основних показників якості електричної енергії, які регламентують національними стандартами та міжнародними нормами на якість електричної енергії. Вказано на недоліки у прийнятих методиках та запропоновано спосіб, який дає змогу істотно підвищити точність визначення вказаного показника. На основі опрацювання реальних вимірювань за допомогою сертифікованої апаратури показано, що похибка результатів обчислення та вимірювання з використанням запропонованого способу не перевищує 1 % від номінальної напруги, тоді як чинними нормами значення цього коефіцієнта, залежно від напруги системи електропостачання, допускається від 2 % до 8 %. Враховуючи те, що використовувана вимірювальна апаратура не враховує інтергармонік та експоненціальних складових у напрузі живлення, запропоновано спосіб, який враховує ці складові на заданому інтервалі часу, значно більшому від одного періоду, забезпечує вищу точність визначення коефіцієнта спотворення напруги. Запропоновані метод та засіб визначення коефіцієнта спотворення форми напруг дають змогу врахувати всі гармоніки та інтергармоніки, зокрема нульову та експоненціальні складові, що забезпечує значно вищу точність порівняно із прийнятими методами, передбаченими стандартами та нормами на якість електричної енергії. До того ж алгоритм можна реалізувати на основі використання вимірювальної апаратури та мікропроцесорних пристроїв.

New technical developments, such as in the field of frequency drives of technological units, electrified transport, wind, and solar power plants, apply devices built on the basis of powerful transistors. Modern devices designed on these elements are powerful generators of higher harmonics of currents that penetrate the grids of power systems. It requires the development of measures and means to limit the higher harmonics of currents in the electrical grids. The method and the means of determining the voltage distortion coefficient by higher harmonics in electric networks are considered in the paper. This factor belongs to the group of main indicators of electricity quality, which are regulated by national standards and international standards for electricity quality. The shortcomings in the existing methods are pointed out and a method is proposed which allows increasing the accuracy of the specified indicator significantly. Based on the actual measurement and using certified equipment, it is shown that the error of the measurement results and their calculation by using the proposed method does not exceed 1 % of the nominal voltage, while the existing norms of this factor, depending on the voltage of the power supply system, regulate value of error from 2 % to 8 %. Considering that the commonly used measuring equipment does not take into account the interharmonics and exponential components in the supply voltage, the proposed method regarding these components over a predetermined time interval, much larger than one period, provides higher accuracy for determining the distortion factor. By examining all harmonics and interharmonics, including zero and exponential components, we provide substantially higher accuracy than the existing methods described in the standards and norms for electricity quality.