Способ определения фактического вклада источников искажений в значения показателей качества электроэнергии в точке общего присоединения
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения фактического вклада поставщиков и потребителей электроэнергии в значения показателей качества электроэнергии. Техническим результатом является расширение зоны применения, упрощение процесса определения фактического вклада и повышение точности. В способе определения фактического вклада источников искажений в значения показателей качества электроэнергии в точке общего присоединения определяют такие показатели качества электроэнергии, как коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения и коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям. Эти показатели измеряют в общей для поставщиков и потребителей электроэнергии точке (узле) электрической сети на интервале наблюдения (усреднения) этих показателей. Все субъекты, подключенные к общей точке, на каждом интервале наблюдения разделяются на источники и рецепторы искажений. Для источников искажений активная составляющая тока n-й гармоники, генерируемой i-ым искажающим источником, 
. Фактический вклад предлагается считать прямо пропорциональным проекции тока субъекта-источника искажений на суммарный ток всех субъектов источников искажений. Способ применяется без каких-либо ограничений. 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к способам определения фактического вклада поставщиков и потребителей электроэнергии в значения показателей качества электроэнергии по напряжению, измеряемых в общей для поставщиков и потребителей электроэнергии точке (узле) электрической сети на интервале наблюдения (усреднения) этих показателей, а более конкретно - в значения коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения и коэффициентов несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям.
Для определения меры ответственности поставщиков и потребителей электрической энергии за ухудшение показателей качества электроэнергии необходимо знать фактический вклад этих субъектов в значение показателей качества электроэнергии по напряжению, формируемых в общем для них узле электрической сети, называемом далее точкой общего присоединения (ТОП).
Для этого производится длительное (от 1 до 7 суток) измерение напряжений искажений, характеризующих соответствующий показатель качества электроэнергии в точке общего присоединения, а также соответствующих токов искажений и фазовых углов сдвига для каждого из присоединенных к точке общего присоединения субъектов. Полученная совокупность измеренных данных состоит из множества значений этих величин, полученных на интервалах наблюдения (усреднения), длительность которых определена в [1]. В различных наблюдениях один и тот же субъект может выступать как в роли источника, так и рецептора искажений.
Фактический вклад каждого из субъектов в ухудшение показателей качества электроэнергии в ТОП определяется на расчетном периоде, равном 24 часа, методами, изложенными в [1], на основе значений фактического его вклада в значение соответствующего показателя качества электроэнергии на каждом интервале наблюдения.
Известен способ определения фактического вклада от источников несинусоидальности на интервале наблюдения [2], при котором этот вклад для каждого из генерирующих потребителей определяется по формуле:
а для энергосистемы - по формуле:
где 
- значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в ТОП;
- фактический вклад i-го искажающего потребителя в значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в ТОП;
- значение n-ой гармонической составляющей тока, генерируемое искажающим потребителем;
- активная и реактивная составляющие входного импеданса для искажающих потребителей данной точке общего присоединения;
- фазовый угол сдвига между n-ой гармонической составляющей тока i-го искажающего потребителя и n-ой гармонической составляющей напряжения в ТОП;
- фактический вклад энергоснабжающей организации в значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в ТОП.
Недостаток этого способа заключается в низкой точности. Действительно, помимо данных измерений в него входят такие параметры, как 
и 
. Эти составляющие рассчитываются приближенно с погрешностью около 20% и считаются неизменными на всех интервалах наблюдений в течение всего периода измерений. В действительности эти значения могут в течение периода измерений изменяться в широких пределах, а получить информацию о составе нагрузок в какой-либо момент времени с достаточной точностью чрезвычайно сложно.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения фактического вклада источника несинусоидальности в нарушение установленных требований в точке общего присоединения, изложенный в [3].
Согласно этому методу допустимый вклад i-ого источника на каждом интервале наблюдения рассчитывается по формуле:
где 
- значения активной и реактивной составляющих тока n-ой гармоники, генерируемых i-м искажающим потребителем;
- значения активной и реактивной составляющих суммарного тока n-ой гармоники, генерируемого всеми искажающими потребителями, присоединенными к данной ТОП.
Достоинство предложенного метода заключается в том, что для определения фактического вклада используются только экспериментально полученные значения, а недостаток - в узкой зоне применения, сложности использования и недостаточной точности.
Так согласно [3] этот метод может быть использован только в случае, если фон (несинусоидальность) энергосистемы пренебрежимо мал. Иными словами, этот метод применим для точек общего присоединения, где источниками искажения являются только потребители, а энергоснабжающая организация является пассивным рецептором.
Таким образом, этот метод применим в весьма узкой зоне. Допущение о малом фоне энергосистемы проверить достаточно сложно (необходимо отключение искажающих потребителей). Кроме того, нельзя гарантировать стабильность уровня фона в процессе измерений, что ведет к понижению точности полученных результатов.
Целью предлагаемого способа является расширение зоны применения, упрощение процесса определения фактического вклада и повышение точности.
Поставленная цель достигается тем, что способ определения фактического вклада субъектов процесса поставки и потребления электроэнергии в значения показателей качества электроэнергии в точке их общего присоединения на интервале наблюдения, при котором измеряется напряжение искажений, характеризующее соответствующий показатель качества электроэнергии по напряжению в точке общего присоединения, токи искажений субъектов, подключенных к этой точке, определяющие значение показателя качества, а также фазовые углы сдвига этих электрических величин, отличается тем, что на каждом интервале наблюдений определяют множество К субъектов - источников искажения, для которых 
, причем фактический вклад k-ого источника искажения прямо пропорционален проекции 
на их суммарный ток:
где 
- модуль суммарного тока искажений, генерируемого К субъектами - источниками искажений, присоединенными к точке общего присоединения;
- модуль тока искажений, генерируемого k-м субъектом - источником искажений, присоединенным к точке общего присоединения;
- фазовый угол сдвига тока искажений, генерируемых k-м субъектом;
- фазовый угол сдвига тока искажений, генерируемого всеми К субъектами - источниками искажений, присоединенными к точке общего присоединения.
В общем случае схема замещения субъектов для определения их фактического вклада в значение напряжения искажения, характеризующего соответствующий показатель качества электроэнергии в точке общего присоединения, имеет вид, приведенный на фиг.1.
Существенными являются следующие соображения:
1. Для таких показателей качества электроэнергии, как коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения, составляющей и коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям, не существует разницы между энергоснабжающей организацией и потребителями.
2. Для этих же показателей качества знание внутренней структуры потребителя (линейная и нелинейная часть) не является существенным, поскольку показатель качества электроэнергии формируется током, измеряемым непосредственно на входе в ТОП.
Действительно, энергоснабжающая организация отличается от потребителей только на основной частоте питающего напряжения. На высших гармониках или в случае несимметрии источником искажений может быть как энергоснабжающая организация, так и потребитель. Причем на различных интервалах наблюдений один и тот же субъект, подключенный к точке общего присоединения, может быть как источником искажений, так и его рецептором. Поэтому для этого вида показателей качества электроэнергии не существует электротехнического признака, позволяющего однозначно отделить энергоснабжающую организацию от потребителей электроэнергии.
В известных экспериментально-расчетных методах структура субъекта, подключенного к точке общего присоединения, разделяется на источник искажения и пассивную линейную часть. Однако это не представляется целесообразным для решения поставленной задачи, поскольку необходимо знать не долю искажений, вносимых нелинейной частью нагрузок субъекта, а субъектом в целом на рассматриваемом интервале наблюдения.
По данным измерений напряжения искажений, характеризующего показатель качества электроэнергии, токов искажений, формирующих это напряжение, и их фазовых углов сдвига, на каждом интервале наблюдения легко разделить всех субъектов, подключенных к точке общего присоединения, на источники искажения и рецепторы. Так между напряжением искажения и соответствующим током искажений каждого из субъектов-рецепторов фазовый угол сдвига лежит в диапазоне 90
-90, а у субъектов - источников искажений - соответственно вне этих пределов.
Субъекты - источники искажений могут быть эквивалентированы источникам тока 
, который и измеряется в ходе наблюдения, а рецепторы - пассивной комплексной проводимостью (фиг.2).
Тогда ток 
, формирующий значение напряжения искажений в точке общего присоединения на эквивалентной пассивной комплексной проводимости, равной комплексной сумме соответствующих проводимостей-рецепторов, равен сумме токов 
потребителей -источников искажений. Очевидно, что
Тогда фактический вклад каждого из субъектов - источников искажений может быть определен по формуле (2).
Как видно, предложенный способ базируется только на данных измерений, применяется без ограничений на структуры замещения субъектов, подключенных к узлу общего присоединения. Следовательно, он обладает высокой точностью и не требует предварительного изучения особенностей энергосистемы и потребителей. Таким образом, поставленные цели - расширение зоны применения, упрощение процесса определения фактического вклада и повышение точности на интервале наблюдения являются достигнутыми.
Формула (1) может быть преобразована в формулу (2) и является эквивалентной. Однако ранее предполагалось, что она имеет ограниченное применение. Новизна предложенного способа заключается в том, что она может быть использована без каких-либо ограничений.
Предложенный способ может быть использован, например, в специализированных анализаторах спектра напряжений, предназначенных для измерений показателей качества электроэнергии.
Источники информации
1. ГОСТ 13109-97.
2. Методика контроля и анализа качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения. - М.: Екатеринбург, 1995, Приложение П. с.70.
3. Методика контроля и анализа качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения. - М.: Екатеринбург, 1995, Приложение Н. с.68-69.
Формула изобретения
Способ определения фактического вклада источников искажений в значения показателей качества электроэнергии в точке их общего присоединения в электрической сети, при котором измеряется напряжение искажения, характеризующее показатель качества электроэнергии в точке общего присоединения, токи искажений субъектов, подключенных к узлу общего присоединения, а также фазовые углы сдвига между этими величинами, отличающийся тем, что, с целью расширения зоны применения, упрощения процесса определения фактического вклада и повышения точности, на каждом из интервалов наблюдений определяют множество К субъектов для которых 
где 
– активная составляющая тока искажений, генерируемого k-м субъектом - источником искажений (Иk), присоединенным к точке общего присоединения (ТОП), при этом фактический вклад k-го субъекта в напряжение искажения в ТОП 
прямо пропорционален проекции вектора тока искажений, генерируемого k-м субъектом 
на вектор суммарного тока искажений от К субъектов и может быть определен по формуле
где 
– напряжение искажения в ТОП, характеризующее показатель качества электроэнергии в ТОП, установленный в ГОСТ 13109-97 для оценки несинусоидальности, несимметрии и колебаний напряжения;
- модуль суммарного тока искажений, генерируемого К субъектами - источниками искажений, присоединенными к точке общего присоединения;
– модуль тока искажений, генерируемого k-м субъектом - источником искажений, присоединенным к точке общего присоединения;
– фазовый угол сдвига между напряжением искажения в ТОП и током искажений, генерируемым k-м субъектом – источником искажений;
- фазовый угол сдвига между напряжением искажения в ТОП и суммарным током искажений, генерируемым всеми К субъектами - источниками искажений, присоединенными к точке общего присоединения.
