CC BY
4
УДК 620.9
Безруков Ю.А. аспирант, 3 курс
Омский государственный университет путей сообщения
Российская Федерация, г. Омск АНАЛИЗ МЕТОДА ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ДЛЯ ПОИСКА ГАРМОНИК
Аннотация: В данной статье производится анализ метода для поиска источников гармонических искажений в системах энергопотребления с помощью изменения полного сопротивления.
Ключевые слова: Гармоники тока, гармонические искажения, искажения в распределенных сетях электроснабжения, источник гармоник, качество электрической энергии, зависимость искажений от изменения сопротивления, нелинейное сопротивление.
ANALYSIS OF THE METHOD OF CHANGING THE FULL RESISTANCE FOR SEARCHING FOR HARMONIC
Annotation: This article analyzes the method for searching for sources of harmonic distortion in energy consumption systems by changing the impedance.
Keywords: Harmonics of current, harmonic distortion, distortion in distributed power supply networks, harmonics source, quality of electric energy, dependence of distortions on resistance change, nonlinear resistance.
В статье будет рассмотрено и проанализировано два метода поиска источников гармоник, связанных с изменение полного сопротивления в системах электроснабжения.
Для поиска источников гармоник существует множество методов [1] и [2], часть из них рассматривает поиск источника гармоник в системах энергоснабжения, что действительно является актуальным вопросом при решении проблемы доставки электрической энергии потребителю.
Рассмотрим метод вариации полного сопротивления, который предлагают Мустафа А.А и другие авторы [3].
Этот метод основан на нахождении взаимосвязи между искаженной формой кривой напряжения и тока, а именно связи между формами этих величин через параметры нагрузки (R и L). Отслеживание параметров нагрузки (R и L), вариация значений которых, играет важную роль в формировании гармоник, позволяет определять источники происхождения гармонических искажений и производить оценку нелинейности нагрузки. Нагрузка с более высокими изменениями значений R и L содержит больше нелинейных элементов и производит гармоники с большей амплитудой.
Синусоидальный напряжение, приложенное к линейной нагрузке, дает синусоидальный ток. С другой стороны, если синусоидальное напряжение прикладывается к нелинейной нагрузке, это будет приводить к искажению формы кривой тока. Точно так же, если синусоидальный ток инжектируется
через нелинейное сопротивление, напряжение на этом элементе будет искажено. Таким образом, нелинейные нагрузки указывают на искажение напряжения или искажение формы волны тока, но обратное не верно.
Нагрузка с искажением тока или сигналом напряжения не обязательно несет нелинейный характер. Так, принимая во внимание только искажение тока и напряжения, не представляется возможным выявить источник гармоник. В основном это зависит от поведения нагрузки сопротивления. Таким образом, можно сделать первый шаг, чтобы найти простой способ контролировать вид нагрузки для влияния на гармоники, например, для нагрузки RL
v(t) = R(t)i(t)+-—-
Для возрастающего времени dt, R и L можно считать постоянным, следовательно, уравнение
Становится
di(t)
v(t) = R(t)i(t) + L-^~
Если v(t) показывает мгновенное значение напряжения для искаженной формы кривой напряжения при определенной нагрузки, а i(t) показывает мгновенное значение тока для соответствующего искаженной формы кривой тока, то R и L показывают образец нагрузки под воздействием гармоник. В течение двух последовательных интервалов времени tt и t2 , уравнения можно записать в виде
diÇti)'
'v(ti)
\v(t2)\
К h)
К*2)
dtx di(t2)
du
Решение приведенного выше уравнения численно дает решение в виде
г = И"1
Приведенные выше расчеты следует последовательных интервалов для форм волны
п 2
V
повторить для п тока и напряжения с периодом Т . Так что для времени от ^ до , есть ^ множества значений R и
L . Пример графика изменения параметров нагрузки от времени показан на рисунке 1, который показывает линейный или нелинейный характер нагрузки.
Рисунок 1 Изменение параметров нагрузки
Если мгновенные параметры R и L представляют собой линейное изменение или имеют постоянные значения в течение наблюдаемого периода (кривые А и В на рисунке 1), то это указывает на то, что нагрузка при исследовании является линейной. С другой стороны, если мгновенное значение параметра R или L нелинейное изменение (кривая С), то это указывает на то, что нагрузка является источником гармоник.
Этот математический подход может быть применен к любому набору измеренных значений V и ¿, для любого вида нагрузки. Из графика изменения параметров нагрузки в зависимости от времени, можно предсказать, является ли нагрузка, которая обладает резкими изменениями по своим параметрам R или L, источником больших искажений гармоник.
Вторым рассмотренным методом будет метод измерения полного сопротивления в реально времени.
Знание сетевых значений импеданса имеет важное значение для выполнения моделирования и симуляции систем. Без этого знания, не представляется возможным моделировать или предсказать распространение гармоник в энергосистеме. Э. Портале, X. Чжан и другие предлагали алгоритмы на основе инжекции тока для измерения импеданса в реальном времени [4], расширял метод для сетей со сверхвысоким напряжением [5]. Исследователями использовались два различных метода инжекции тока. Первый метод, предложенный Род и его соавторы [6], включает систематическое введение маленького синусоидального токового сигнала на каждой частоте гармоник, которые представляют интерес. Измеряя фазу и амплитуду напряжения, и тока при инжекции, импеданс может быть вычислен на гармонике любой частоты.
Второй метод, предложенный Б. Палеторпом [7] предусматривает введение точечного импульса тока в сеть. Вводимый ток и напряжение фиксируются, после этого рассчитывается импеданс в моменты внесения точечного тока. Расчет осуществляется в частотной области, и задается следующей формулой
И)
{t> F(I(t))
где F представляет собой преобразование Фурье.
Самый большой недостаток вышеупомянутых методов - потребность в мощности электронных преобразователей, чтобы ввести импульс тока в исследуемую сеть. Во время измерений в реальном времени, преобразователи тоже становится частью энергетической системы и вводят свою собственную нелинейность, которая может оказывать влияние на получаемые данные.
Использованные источники:
1. Гамазин С.И. Петрович В.А. Определение фактического вклада потребителя в искажения параметров качества электрической энергии. - // Промышленная энергетика - 2003.
2. Шклярский Я.Э., Бунтеев Ю.Е. Оценка вклада нагрузки и питающей сети в искажения напряжения // Естественные и технические науки - 2015.
3. A. A. Moustafa, A. M. Moussa, and M. A. El-Gammal, "Separation of customer and supply harmonics in electrical power distribution systems," in Proceedings of IEEE International Conference on Harmonics and Quality of Power(ICHQP00), Orlando, FL, Vol. 1, pp. 208 - 213, October 1-4, 2000.
4. W. Xu, E. Ahmed, X. Zhang and X. Liu, "Measurement of Harmonic Impedances: Practical Implementation Issues and Solutions," IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 17, No. 1, pp. 210-216, Jan. 2002.
5. A. de Oliveira, J.C. de Oliveira, J.W. Resende, and M.S. Miskulin, "Practical approaches for AC system harmonic impedance measurements," IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.6, No.4, pp. 1721-1726, October 1991.
6. J. P. Rhode, A.W. Kelley, and M.E. Baran, "Line Impedance Measurement: A Nondisruptive Wideband Technique," in Proceedings of the IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS 1995), Orlando, FL, Vol.3, pp. 2233 -2240, October 9-13, 1995.
7. B. Palethorpe, M. Sumner and D.W.P. Thomas, "Power system impedance measurement using a power electronic converter," in Proceedings of the IEEE International Conference on Harmonics And Quality of Power (ICHQP00), Orlando, FL, Vol. 2, pp. 280 - 213, October 1-4, 2000.
