Научная статья на тему 'Исследования измерителей мощности в режиме несинусоидальных сигналов'

Исследования измерителей мощности в режиме несинусоидальных сигналов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
146
53
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИЗМЕРЕНИЕ / ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА / ВЕРИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ / РЕЖИМ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ / ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Балабан О.М., Львова Е.В., Серанова А.А., Томашевский Ю.Б.

В работе предложена методика для проведения верификации измерителей мощности электрического сигнала промышленного назначения в несинусоидальных режимах работы. Описан метод планирования эксперимента, позволяющий тестировать эти измерители при совместном воздействии большого количества возмущающих факторов и дающий возможность выявить их влияние на точность измерения. Проведен предварительный анализ требуемого оборудования и описан экспериментальный образец системы для проведения верификации измерителей мощности при их работе с несинусоидальными сигналами. С помощью этого образца проведены сравнения измерений активной и реактивной мощности для режимов синусоидального и несинусоидального сигналов двух ваттметров, выпускаемых серийно. Получены экспериментальные зависимости погрешностей измерения от различных влияющих факторов. Показано, что предлагаемая методика может быть использована для анализа отечественных и зарубежных цифровых ваттметров

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Балабан О.М., Львова Е.В., Серанова А.А., Томашевский Ю.Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследования измерителей мощности в режиме несинусоидальных сигналов»

12. Yoon, S.W., Vibration sensitivity analysis of MEMS vibratory ring gyroscopes / Yoon S.W., Lee S., Najafi K. // Sensors and Actuators A, 2011, no. 171, pp. 163- 177.

13. Ермаков, Р.В. Использование полигауссовской аппроксимации для описания свойств погрешностей оптического датчика угла / Р.В. Ермаков, Д.М. Калихман, А.А. Львов // Труды международного симпозиума надежность и качество. Том: 2 Пензенский государственный университет (Пенза), 2016. С.23-25.

14. Precision Navigation and Pointing Gyroscope CRM100 Technical Datasheet [электронный ресурс] режим доступа: http://www.siliconsensing.com/media/1158/crm100-00-0100-132 rev 10.pdf дата обращения 14.03.2017.

15. Доросинский, А.Ю. Особенности использования моделей нелинейных элементов в телеметрических системах контроля углового положения / А.Ю. Доросинский, А.Н. Винчаков, В.Г. Недорезов // Труды международного симпозиума надежность и качество. Том: 2 Пензенский государственный университет (Пенза), 2015, С. 60-62.

УДК 519.254

Балабан О.М., Львова Е.В., Серанова А.А., Томашевский Ю.Б,

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», Саратов, Россия

ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ В РЕЖИМЕ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

В работе предложена методика для проведения верификации измерителей мощности электрического сигнала промышленного назначения в несинусоидальных режимах работы. Описан метод планирования эксперимента, позволяющий тестировать эти измерители при совместном воздействии большого количества возмущающих факторов и дающий возможность выявить их влияние на точность измерения. Проведен предварительный анализ требуемого оборудования и описан экспериментальный образец системы для проведения верификации измерителей мощности при их работе с несинусоидальными сигналами. С помощью этого образца проведены сравнения измерений активной и реактивной мощности для режимов синусоидального и несинусоидального сигналов двух ваттметров, выпускаемых серийно. Получены экспериментальные зависимости погрешностей измерения от различных влияющих факторов. Показано, что предлагаемая методика может быть использована для анализа отечественных и зарубежных цифровых ваттметров

Ключевые слова:

измерение, обеспечение качества, верификация измерителей энергии, режим несинусоидальных сигналов, планирование эксперимента

Хорошо известно, что в последние годы большая часть электрических нагрузок в обычных силовых сетях стали нелинейными или нестационарными. Это происходит благодаря быстрому распространению среди промышленных, коммерческих и бытовых потребителей электроэнергии оборудования силовой электроники, например, приводов с регулируемой скоростью вращения, управляемых выпрямителей, понижающих преобразователей частоты. Подобные нагрузки могут создавать массу помех, как для своего предприятия, так и для оборудования других потребителей.

Большинство проблем возникают из того, что имеет место утекание реактивной энергии, порождаемой несинусоидальными токами и напряжениями. Поэтому коммунальные предприятия жизненно заинтересованы в минимизации таких энергетических потерь в силовых сетях, так как генераторы возмещают совершаемые потери, а распределяющие компании должны платить за это в соответствии с показаниями счётчиков энергии в точках измерения. Желательно, чтобы распределительные компании принуждали потребителей, являющихся источником подобных помех, платить соответствующие штрафы, в противном случае эти траты лягут на всех участников энергетического рынка.

Научное сообщество обсуждает проблему определения мощности в условиях несинусоидальных сигналов и/или несбалансированных условий в течение последних 35-40 лет, и в инженерной литературе можно найти различные предложения по этому вопросу [1,2].

При поверке измерителя необходимо учесть все наиболее важные явления, влияющие на качество электроэнергии, передаваемой на низких частотах [1,3], а именно: 1) колебания основной частоты; 2) временные понижение напряжения питания, то есть снижения амплитуды напряжения в до значений

порядка от 90 % до 1 % от номинального; 3) разбаланс напряжений, когда в многофазной силовой сети возникают ситуации, при которых действующие значения (ДЗ) линейных напряжений (на основной частоте) или разности фаз между последовательными линейными напряжениями не равны между собой; 4) суммарный коэффициент гармоник (СКГ), то есть отношение суммы ДЗ напряжений на всех гармониках вплоть до 40 к ДЗ напряжения на основной частоте.

Физическая сущность всех этих искажений, которые могут возникнуть в реальных силовых сетях, была рассмотрена в различных публикациях. Например, европейский стандарт ЕЫ 50160:2010 [4] определяет основные характеристики на входе сети электропитания потребителей в системе коммунального распределения электроэнергии низкого и среднего уровней напряжения в нормальных условиях. Этот стандарт задаёт пределы или величины напряжений, внутри которых любой потребитель может надеяться, что характеристики напряжения останутся неизменными. Некоторые числовые данные приведены в таблице 1. Но данный стандарт не применим при измерениях в присутствии гармоник основной частоты. Другим важным документом, формулирующим требования к качеству измерения активной и реактивной мощностей, является стандарт Международной электрической комиссии (МЭК) [5], определяющим технические условия для аппаратуры измерениях качества электроэнергии. Диапазоны изменения входных сигналов из-за действия влияющих величин, которые допустимы для измерительных приборов класса А , приведены в таблице 2.

Директива Европарламента 2004/22/ЕС [6], по-свящённая измерительной технике и более подробно освещающая измерители электроэнергии и мощности, ставит условия измерения, показанные в таблице 3.

Таблица 1

Пределы некоторых возможных искажений при измерении активной и реактивной мощностей, задаваемые стандартом ЕЫ 50160

Частота сигнала 50 Гц ± 1 % в течение 95 % времени работы; 50 Гц ± 4 % - 6 % в течение 100 % времени работы

ДЗ напряжения 230/400 В ± 10 % в течение 95 % времени работы

Уровень гармоник СКГ < 8 % в течение 95 % времени работы

Частота сигнала 5 0 Гц ± 15 %

ДЗ напряжения 0 % - 200 % от номинального напряжения

Уровень гармоник СКГ < 2 0 %

Пределы допустимых изменений входных сигналов у измерительных Таблица 2

приборов качества энергии класса А, задаваемые стандартом МЭК 61000-4-30

Пределы допустимых изменений входных сигналов у измерительных приборов качества энергии класса А, задаваемые стандартом 2004/22/ЕС

Частота сигнала 5 0 Гц ± 2 %

ДЗ напряжения 10 % от номинального напряжения

Уровень гармоник СКГ < 6 %

Коэффициент мощности -0,8 < cos^ < 0,5

Таблица 3

Стандарт МЭК [7] для измерителей активной энергии в статических условиях рассматривает некоторые явления, которые могу повлиять на качество измерения активной и реактивной мощностей, что приводит к появлению дополнительных погрешностей. Допустимые значения данных погрешностей приведены в таблице 4. Это единственный документ, который учитывает возмущения, вызванные влиянием гармоник друг на друга.

В соответствии с [7] тесты по измерению изменения, вызванного влияющими величинами, должны проводиться независимо для каждой влияющей величины, когда все остальные факторы находятся в нормальных условиях. Это сделано для того, чтобы избежать проведения огромного числа экспериментов, в которых будут учтены все смешанные эффекты влияющих величин, но такой подход не позволяет оценить возможное резкое увеличение погрешности измерений при какой-либо возможной комбинации влияющих величин.

Пределы допустимых изменений Таблица 4

погрешностей приборов класса А, задаваемые стандартом МЭК 62053-21

Частота сигнала (± 2%) 1 %

ДЗ напряжения(10 %) 0,7 %

Уровень гармоник тока и напряжения 0,8 %

Постоянный ток и чётные гармоники тока 3 %

Нечётные гармоники тока 3 %

Субграмоники тока 3 %

Поэтому, с одной стороны, очень важно оценить, при каких различных конфигурациях влияющих факторов возникает наибольшая погрешность измерения. С другой стороны, первостепенное значение имеет задача определения количественного влияния на погрешность измерения энергии или мощности каждого фактора в отдельности. В обоих случаях требуется разработать надлежащий план проведения экспериментальных исследований, который позволит существенно экономить число опытов при исследовании качественного и количественного влияния различных факторов на точность измерения качества электроэнергии.

В работе [8] дан обзор методов измерения активной и реактивной мощности, применяемых в настоящее время, и показано, что их результаты значительно разнятся в присутствии сигналов гармоник.

Для того чтобы провести полную проверку измерителя электроэнергии, необходимо в соответствии с [1,8] выбрать влияющие факторы, которые оказывают значимое действие и должны быть учтены, а так же возможный интервал варьирования каждого выбранного фактора. Этот интервал должен быть шире, чем диапазон изменения, рекомендуемый стандартом, для исследования всех возможных ситуаций. После этого строится план эксперимента, в котором выбранные факторы находятся поочерёдно на верхнем и нижнем уровнях. Если не использовать оптимального планирования экспериментов, то общее число опытов, в которых будут задействованы все

возможные сочетания факторов, будет экспоненциально возрастать.

Теория планирования экспериментов ставит своей целью выдать рекомендации исследователю по организации эксперимента, чтобы за минимальное число проведённых опытов определить функциональную связь между выходной переменной и входными влияющими факторами исследуемого процесса. Сами эксперименты проводятся в соответствии со специально сконструированными матрицами планирования [9-11]. На первом этапе ставится задача определить, какие факторы оказывают существенное влияние на выходную переменную, характеризующую исследуемый процесс. На втором этапе оценивается влияние на функцию качества каждого фактора в отдельности с количественной точки зрения.

В результате анализа качества измерения электроэнергии в случае действия гармонического и негармонического сигналов были выбраны и признаны значимыми четыре основных исследуемых фактора, которые показаны в таблицах 5-7. Поскольку требуется исследование почти стационарной области изменения данных факторов, где в качестве функции отклика выбрана средняя относительная погрешность измерения мощности, то выбранные факторы задаются на трёх уровнях. В таблице 5 показаны выбранные факторы и их уровни для тестирования измерителя активной энергии в условиях гармонического сигнала. Таблицы 6 и 7 показывает те же параметры и их уровни для тестирования измерителя реактивной энергии в условиях гармонического и негармонического сигнала соответственно.

Факторы и их уровни в тестах Таблица 5 по измерению активной энергии в условиях гармонического сигнала

Параметр 0 -1 +1

Частота ю/2л, Гц 50 42,5 57,5

ДЗ напряжения, В 230 207 253

ДЗ тока, А 3 1 5

Сдвиг фаз, ф, град 0 -55 55

Во всех таблицах символ «-1» означает, что параметр выбирается на нижнем уровне, «0» - на среднем (нулевом), «+1» - на верхнем.

Для проведения эксперимента был разработан его план, показанный в таблице 8. План обладает всеми свойствами центрального композиционного планирования: сумма элементов в каждом столбце равна 0, столбцы матрицы плана являются ортогональными.

Факторы и их уровни в тестах Таблица 6 по измерению реактивной энергии в условиях гармонического сигнала

Параметр 0 -1 +1

Частота ю/2л, Гц 50 42,5 57,5

ДЗ напряжения, В 230 207 253

ДЗ тока, А 5,5 1 10

Сдвиг фаз, ф, град 30 -30 90

Факторы и их уровни в тестах по измерению активной энергии в условиях негармонического сигнала

Таблица 7

Параметр 0 -1 +1

Порядок гармоники, п 14 2 26

Сдвиг фаз на основной частоте ф1, град 0 30 60

ДЗ тока гармоники, !п, % 50 20 80

Сдвиг фаз на частоте гармоники, фъ, град 30 0 60

Модель, описывающая зависимость погрешности измерения от выбранных факторов во всех экспериментах задавалась в виде квадратичного полинома, где большая часть парных взаимодействий и квадратов эффектов факторов была отсеяна при проведении предварительных исследований [1, 8].

Для проведения тестовых испытаний измерителей электроэнергии в однофазной цепи при гармоническом и негармоническом характере сигналов было разработано специальное аппаратное и программное обеспечение для экспериментальной тестовой установки. Упрощённая блок-схема установки показана

на рис. 1. Она собрана на трёхфазном генераторе сигнала заданной мощности 3120AMX фирмы Pacific Source (США) со следующими характеристиками: 1) максимальная мощность 12 кВА; 2) диапазон ча-

стот от 20 Гц до 5 кГц; 3) нестабильность выходного напряжения по сети 0,027 мВ; 4) нестабильность выходного напряжения по нагрузке 0,00135 мВ; 5) суммарный коэффициент гармоник 0,1 %; 6) уровень пульсаций напряжения и шума -7 0 дБ. Предлагаемый план эксперимента Таблица 8

Номер опыта Параметр 1 Параметр 2 Параметр 3 Параметр 4

1 0 0 0 0

2 0 -1 -1 -1

3 0 +1 +1 +1

4 -1 0 -1 +1

5 -1 -1 +1 0

6 -1 +1 0 -1

7 +1 0 +1 -1

8 +1 -1 0 +1

9 +1 +1 -1 0

В однофазном режиме генератор имеет два выхода, один из которых используется в качестве генератора напряжения, а другой, синхронизированный с первым, но работающий независимо, является генератором тока, который включается через линейную нагрузку. Эталонным измерителем выбран анализатор мощности Power Analyzer D6000 фирмы LEM Norma, GmbH (Австрия) со следующими метрологическими характеристиками: 1) модульная комплектация системы, 1 -12 каналов измерения; 2) погрешность 0,05% для измерений тока и напряжения, менее 0,1% для измерения мощности; 3) полоса частот от постоянного тока до 1 МГц; 4) гармонический анализ с помощью дискретного и быстрого преобразований Фурье, встроенная память для хранения результатов и графический дисплей; 5) частота дискретизации 100 кГц. В качестве тестируемых приборов (ТП) были взяты измеритель мощности электроэнергии ПСЧ-4ТМ.05МД, поставляемый ННПО имени М.В. Фрунзе (г. Н. Новгород), и многофункциональный измеритель мощности РМ9, выпускаемый фирмой Schneider Electric S.p.A. (Италия).

На первом этапе определялось, какой алгоритм учёта реактивной мощности заложен в ТП и эталонный измеритель, потому что они не указаны производителями в технической документации. Для этой цели

были сгенерированы сигналы, параметры которых показаны в таблице 9. Эталонный измеритель показал 2343,03 ВАР, прибор ПСЧ-4ТМ.05МД показал сходное значение 2327 ВАР, ТП РМ9 после выдержки в 1 минуту не показал увеличения реактивной энергии.

Рисунок 1 - Блок-схема экспериментальной тестовой системы для однофазных измерителей мощности

Пределы некоторых возможных искажений при измерении активной и реактивной мощностей, задаваемые стандартом ЕЫ 50160

Таблица 9

Частота сигнала 50 Гц ± 1 % в течение 95 % времени работы; 50 Гц ± 4 % - 6 % в течение 100 % времени работы

Действующее значение напряжения 230/400 В ± 10 % в течение 95 % времени работы

Уровень гармоник СКГ < 8 % в течение 95 % времени работы

Ieff, А

0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 0,8 0,78 0,76 0,74 0,72 0,7

1,6 1 1,4 1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

207 212,75 218,5 224,25 230 235,75 241,5 247,25 253

Veff, В

-55 -41,25 -27,5 -13,75

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

13,75 27,5 41,25

ф, град°

Рисунок 2 - Результаты тестирования измерителя активной энергии, когда параметры гармонического

сигнала выбраны из таблицы 9

0

55

Полученные результаты ясно свидетельствуют о том, что в эталонном измерителе мощности D6000 и в ТП ПСЧ-4ТМ.05МД реализован алгоритм оценки реактивной мощности из работы [12], а в ТП РМ9 - алгоритм из [13], использующий сдвиг по времени. Поэтому измерения реактивной энергии, производимые выбранными ТП несовместимы, и по этой причине дальнейшие исследования в режиме негармонического сигнала были проведены только для измерения активной энергии.

В таблице 10 показаны относительные ошибки результатов тестовых измерений, проведённых в соответствии с планом эксперимента из [8-11] . Далее был выполнен статистический анализ полученных

опытных данных с целью выявления значимых факторов, влияющих на точность измерения. Результаты анализа показаны на рисунках 2-4. По оси ординат отложены средние значения относительных погрешностей.

Анализ результатов тестирования показал, что при измерении активной энергии в условиях как гармонического, так и негармонического сигнала (рисунки 2 и 4), изменения основной частоты сигнала и ДЗ напряжения оказывают незначимые эффекты на точность измерения, а вариации ДЗ тока и изменения сдвига фаз между током и напряжением оказывают более значимые воздействия. При этом точность измерения остаётся приемлемой.

Относительные погрешности измерений в тестах

Таблица 10

Номер теста 1 2 3 4 5 6 7 8 9

£^test1, % 0,5 2,3 -0,2 0,9 0,1 1,6 0,4 0,3 1,2

^test2, % 0,1 2,9 0,0 8,0 -0,3 -30,9 1,1 -0,1 0,1

£^test3, % 0,4 0,4 0,7 0,9 0,3 -0,3 -2,5 1,5 -0,3

-42,5—44,375 46, 25/48,125-50-51, 875 53, 75 55, 625—57,5-

207 212,75 218;5 224,25 230 235,75 241,5 247,25 253

Г, Гц

Уе££, В

1 2,125 3,25 4,375 5,5 6,625 7,75 8,875 /10

-30 -15 0 15 30 45 60 75 /90

А

ф, град"

Рисунок 3 - Результаты тестирования измерителя реактивной энергии, когда параметры гармонического

сигнала выбраны из таблицы 10

-8-«-14-17-20\ 23-26-

№ гармоники (п)

Хе^, л-гармоники,

0,9 -1 0,7 0,5 0,3 0,1 -0,1 -0,3 -0,5 -1

ф1, град

град"

Рисунок 4 - Результаты тестирования измерителя активной энергии, когда параметры негармонического

сигнала выбраны из таблицы 10

3

-10

-10

0,7 -

0,5

0,3

0,1

2-5

-0,1

-0,3

-0,5

,6

1,1

0,6

0,1

-0,4

-0,9

ф

В случае измерения реактивной энергии ситуация более сложная, при этом существуют некоторые комбинации уровней выбранных факторов, совместное влияние которых ведёт к очень большим погрешностям (рисунок 3). Предложенный подход наглядно доказывает возможное возникновение таких ситуаций, но требуются дальнейшие исследования для полного осмысления этого явления.

Установлено, что измерители качества электрической энергии различных производителей дают отличные друг от друга результаты при учёте возможных гармоник основной частоты, что свидетельствует о необходимости введения единого стандарта на измерение реактивной мощности, который будет основан на каком-то одном вычислительном алгоритме.

В работе представлен новый подход к проверке качества измерителей электроэнергии при использовании негармонических сигналов, основанный на теории оптимального планирования экспериментов. На основе анализа методов измерения мощности разработана методика тестирования измерителей, позволяющая анализировать их погрешности измерения при воздействии различных влияющих факто-ров.В работе представлена экспериментальная установка для проверки качества измерителей электроэнергии при использовании гармонических и негармонических сигналов. Предлагаемая система тестирования измерителей, позволяет анализировать их погрешности измерения при воздействии различных влияющих факторов. Описано применение данной системы при исследовании бытовых измерителей электроэнергии ПСЧ-4ТМ.05МД и РМ9.

ЛИТЕРАТУРА

1. Gallo D. A New Methodological Approach to Quality Assurance of Energy Meters Under Non-Sinusoidal Conditions / D.Gallo, C.Landi, N.Pasquino, N.Polese // Proceedings of IMTC 2006 -Instrum. and Measur. Technol. Conf. Sorrento, Italy 24-27 April 2006, P. 1626-1631.

2. Emanuel, A.E. Powers in non-sinusoidal situations-a review of definitions and physical meaning / A.E. Emanuel // IEEE Trans, on Power Delivery. Vol. 26, No 5, November, 2009. - P.1237-1244.

3. IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Non-sinusoidal, Balanced or Unbalanced Conditions, IEEE 1459, 2000.

4. EN 50160. Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems, CENELEC, 1999.

5. IEC EN 61000-4-30, 2003, Testing and measurement techniques - Power quality measurement methods.

6. Directive 2004/22/EC of the European Parliament and of the Council of 31 March 2004 on Measuring Instruments.

7. IEC EN 62053-21 - Electricity metering equipment (a.c.) - Particular requirements Part 21: Static meters for active energy (classes 1 and 2), 2003-11

8. Львов, А.А. Неоднозначность методов измерения реактивной мощности в промышленных сетях переменного тока / А.А. Львов, И.И. Артюхов, М.А. Соломин // Проблемы управления, обработки и передачи информации (УОПИ-2015): сб. тр. IV Междунар. науч. конф.: в 2 т. / Саратов: Издательский дом «Райт-Экспо», 2015. - Т. 2. - С. 164-172.

9. Львова Е.В. Методика планирования эксперимента для анализа измерителей реактивной мощности / Е.В. Львова, В.В. Листопадова, О.М. Балабан, Е.Г. Умнова // Перспективные информационные технологии (ПИТ 2017): труды Международной научно-технической конференции /под ред. С.А. Прохорова. - Самара: Издательство Самарского научного центра РАН, 2017. - С. 110-115.

10. Львов, А.А. Высокотемпературные датчики давления / Р.С. Коновалов, А.А. Львов // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2-х т., 2014, Т. 2. - С. 48 -50.

11. Львов, А.А. Компенсация температурной погрешности интеллектуальных датчиков давления / А.Ю. Николаенко, А.А. Львов, П.А. Львов // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2-х т., 2014, Т. 2. - С. 57-59.

12. S. Fryze, S. Active, Reactive and Apparent Power in Circuits with Non-sinusoidal Voltages and Currents," (in German) / S. Fryze // Elektrotechnische Z., Vol. 53, 1932, P. 596-99, 625-27.

13. Cataliotti, A. A time domain approach for IEEE Std 1459-2000 powers measurement in distorted and unbalanced power systems / A.Cataliotti, V.Cosentino, S. Nuccio // Proc. of the IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference Sorrento, April 2006, P. 1357-1361.

УДК 519.254

Балабан О.М., Львова Е.В., Серанова А.А., Томашевский Ю.Б.

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», Саратов, Россия

ПРОБЛЕМА ИЗМЕРЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

В работе дан обзор методик измерения реактивной мощности в промышленных сетях переменного тока в случае работы в режиме несинусоидальных сигналов. В частности, проанализированы методы измерения, основанные на определениях активной и реактивной мощности Будеану, Фризе, Кимбарка, Кастерса и Мура, Шеферда и Закихани, Шарона, Зарнецки, а также стандартом IEEE. Показано, что они дают различные результаты в режиме несинусоидального сигнала, когда учитываются высшие гармоники основной частоты. Предложена методика оценивания параметров аддитивных гармоник, основанная на обработке цифровых реализаций измеряемых сигналов по методу максимального правдоподобия. Это позволяет измерять с повышенной точностью реактивную мощность в промышленных сетях переменного тока в соответствии с любым из рассмотренных ее определений

Ключевые слова:

амплитуда, частота, фаза, реактивная мощность, несинусоидальный сигнал, промышленная сеть переменного тока

Введение

Точное измерение мощности и других параметров переменного тока чрезвычайно важно в энергосистемах всех уровней и имеет большое значение, как для поставщиков электрической энергии, так и для ее потребителей. Но в последние годы доля нелинейных или нестационарных нагрузок в обычных силовых сетях значительно возрастает [1,2]. К этому ведет широкое распространение среди всевозможных потребителей электроэнергии устройств силовой электроники, например, приводов с регулируемой скоростью вращения, управляемых выпрямителей, ламп с электронными балластами, дуговых

и индукционных печей. Нагрузки такого рода могут создавать массу помех, как для своего предприятия, так и для оборудования других потребителей.

Поскольку в последнее время использование нелинейных нагрузок стало общепринятым, то, как следствие, электрооборудование поставщиков и потребителей электроэнергии вынуждено работать в режимах несинусоидальных сигналов. Несинусоидальность напряжений и токов приводит к снижению коэффициента мощности электроприемников и дополнительным потерям энергии при её транспортировке. За рубежом были предприняты определенные

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.