Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Качество электроэнергии - это степень соответствия напряжения, частоты и формы волны в системе электроснабжения установленным спецификациям. Хорошее качество электроэнергии можно определить как стабильное напряжение питания, которое остается в предписанном диапазоне, постоянная частота переменного тока, близкая к номинальному значению, и плавная форма кривой напряжения (напоминает синусоидальную волну). В общем, качество электроэнергии полезно рассматривать как совместимость между тем, что выходит из электрической розетки, и нагрузкой, которая к ней подключена . [1] Этот термин используется для описания электроэнергии, которая приводит в действие электрическую нагрузку.и способность груза функционировать должным образом. Без надлежащего питания электрическое устройство (или нагрузка) может выйти из строя, преждевременно выйти из строя или вообще не работать. Есть много причин, по которым электроэнергия может быть низкого качества, и множество других причин такого низкого качества электроэнергии.

Электроэнергетика включает производство электроэнергии ( переменный ток ), передача электроэнергии и в конечном счете распределение электроэнергии к счетчику электроэнергии , расположенному в помещении конечного потребителя электроэнергии. Затем электричество проходит через систему проводки конечного пользователя, пока не достигнет нагрузки. Сложность системы перемещения электроэнергии от точки производства к точке потребления в сочетании с изменениями погоды, выработки, спроса и других факторов создает множество возможностей для снижения качества поставок.

Хотя «качество электроэнергии» является удобным термином для многих, на самом деле этим термином описывается качество напряжения, а не мощность или электрический ток . Мощность - это просто поток энергии, а ток, требуемый нагрузкой, в значительной степени неконтролируем.

Стабильность частоты некоторых крупных электрических сетей

Введение [ править ]

Качество электроэнергии можно описать как набор значений параметров, таких как:

  • Непрерывность обслуживания (независимо от того, подвержена ли электрическая мощность падению или превышению напряжения ниже или выше порогового уровня, что приводит к отключениям или отключениям [2] )
  • Изменение величины напряжения (см. Ниже)
  • Переходные напряжения и токи
  • Содержание гармоник в формах сигналов для сети переменного тока

Часто полезно думать о качестве электроэнергии как о проблеме совместимости : совместимо ли оборудование, подключенное к сети, с событиями в сети, и совместима ли мощность, поставляемая сетью, включая события, с подключенным оборудованием? У проблем совместимости всегда есть как минимум два решения: в этом случае либо очистить питание, либо сделать оборудование более жестким.

Устойчивость оборудования для обработки данных к колебаниям напряжения часто характеризуется кривой CBEMA , которая показывает продолжительность и величину допустимых колебаний напряжения. [3]

Кривая CBEMA

В идеале переменное напряжение подается от электросети в виде синусоидального сигнала с амплитудой и частотой, указанными в национальных стандартах (в случае сети ) или в технических характеристиках системы (в случае источника питания, не подключенного напрямую к сети) с нулевым сопротивлением. Ом на всех частотах .

Отклонения качества электроэнергии [ править ]

Ни один из реальных источников питания не является идеальным и, как правило, может отклоняться, по крайней мере, следующим образом:

Напряжение [ править ]

  • Вариации пикового или среднеквадратичного напряжения важны для различных типов оборудования.
  • Когда среднеквадратичное значение напряжения превышает номинальное напряжение на 10–80% в течение 0,5 цикла - 1 минуты, это событие называется «выбросом».
  • «Провал» (в британском английском) или «провал» (в американском английском эти два термина эквивалентны) - это противоположная ситуация: среднеквадратичное напряжение ниже номинального напряжения на 10–90% в течение 0,5 цикла - 1 минуты.
  • Случайные или повторяющиеся изменения среднеквадратичного напряжения от 90 до 110% от номинала могут вызвать явление, известное как « мерцание » в осветительном оборудовании. Мерцание - это быстрые видимые изменения уровня освещенности. Определение характеристик колебаний напряжения, вызывающих нежелательное мерцание света, было предметом текущих исследований.
  • Резкие, очень кратковременные повышения напряжения, называемые « пиками », «импульсами» или «скачками», обычно вызванные отключением больших индуктивных нагрузок или, что более серьезно, ударом молнии .
  • «Пониженное напряжение» возникает, когда номинальное напряжение падает ниже 90% в течение более 1 минуты. [4] Термин «потемнение» - подходящее описание падений напряжения где-то между полной мощностью (яркий свет) и затемнением (отсутствие питания - отсутствие света). Это происходит из-за заметного или значительного затемнения обычных ламп накаливания при сбоях в системе, перегрузке и т. Д., Когда недостаточно мощности для достижения полной яркости (обычно) домашнего освещения. Этот широко используемый термин не имеет формального определения, но обычно используется для описания снижения напряжения в системе энергокомпанией или системным оператором с целью снижения спроса или увеличения операционной прибыли системы.
  • « Перенапряжение » возникает, когда номинальное напряжение превышает 110% в течение более 1 минуты. [4]

Частота [ править ]

  • Вариации частоты .
  • Ненулевой низкочастотный импеданс (когда нагрузка потребляет больше энергии, напряжение падает).
  • Ненулевой высокочастотный импеданс (когда нагрузка требует большого количества тока, а затем внезапно перестает требовать его, произойдет провал или всплеск напряжения из-за индуктивностей в линии питания).
  • Вариации формы волны - обычно описываются как гармоники на более низких частотах (обычно менее 3 кГц) и описываются как синфазные искажения или интергармоники на более высоких частотах.

Форма волны [ править ]

  • Колебания напряжения и тока идеально повторяют форму синусоидальной или косинусоидальной функции, однако они могут изменяться из-за дефектов генераторов или нагрузок.
  • Обычно генераторы вызывают искажения напряжения, а нагрузки вызывают искажения тока. Эти искажения возникают в виде колебаний, более быстрых, чем номинальная частота, и называются гармониками.
  • Относительный вклад гармоник в искажение идеальной формы волны называется полным гармоническим искажением (THD).
  • Низкое содержание гармоник в форме волны является идеальным, поскольку гармоники могут вызывать вибрации, гудение, искажения оборудования, а также потери и перегрев трансформаторов.

У каждой из этих проблем с качеством электроэнергии своя причина. Некоторые проблемы являются результатом общей инфраструктуры. Например, сбой в сети может вызвать провал, который затронет некоторых клиентов; чем выше уровень неисправности, тем больше число пострадавших. Проблема на сайте одного клиента может вызвать временный процесс, который затронет всех других клиентов в той же подсистеме. Проблемы, такие как гармоники, возникают внутри собственной установки клиента и могут распространяться по сети и влиять на других клиентов. Гармонические проблемы могут быть решены путем сочетания передовой практики проектирования и хорошо зарекомендовавшего себя редукционного оборудования.

Кондиционирование питания [ править ]

Кондиционирование энергии изменяет мощность для улучшения ее качества.

Источник бесперебойного питания может использоваться для отключения сетевого питания, если в линии есть переходное (временное) состояние. Однако более дешевые ИБП сами создают некачественную мощность, что-то вроде наложения прямоугольной волны с более высокой частотой и меньшей амплитудой поверх синусоидальной волны. В высококачественных ИБП используется топология двойного преобразования, которая преобразует входящую мощность переменного тока в постоянный ток, заряжает батареи, а затем воспроизводит синусоидальную волну переменного тока. Эта восстановленная синусоида имеет более высокое качество, чем исходный источник питания переменного тока. [5]

Динамический регулятор напряжения (DVR) и статический синхронный последовательный компенсатор или (SSSC) используются для компенсации последовательного падения напряжения.

Защиты от перенапряжения или просто конденсатор или варистор могут защитить от большинства перенапряжения условий, в то время как молниеотвод защищает от серьезных скачков.

Электронные фильтры могут удалять гармоники.

Умные сети и качество электроэнергии [ править ]

Современные системы используют датчики, называемые блоками измерения вектора (PMU), распределенные по их сети, для контроля качества электроэнергии и в некоторых случаях автоматически реагируют на них. Использование таких функций интеллектуальных сетей, как быстрое обнаружение и автоматическое самовосстановление аномалий в сети, обещает обеспечить более высокое качество электроэнергии и меньшее время простоя, одновременно поддерживая питание от прерывистых источников питания и распределенной генерации , что, если не будет проверяться, ухудшит качество электроэнергии.

Алгоритм сжатия качества электроэнергии [ править ]

Алгоритм сжатия качества электроэнергии является алгоритмом , используемым в анализе качества электроэнергии. Для предоставления высококачественных услуг по электроснабжению важно контролировать качество электрических сигналов, также называемое качеством электроэнергии (PQ), в различных точках электрической сети . Электроэнергетические компании постоянно отслеживают формы сигналов и токи в различных точках сети, чтобы понять, что приводит к любым непредвиденным событиям, таким как отключение электроэнергии и отключения электроэнергии. Это особенно важно на объектах, где окружающая среда и общественная безопасность находятся под угрозой (такие учреждения, как больницы, очистные сооружения, шахты и т. Д.).

Проблемы качества электроэнергии [ править ]

Инженеры имеют в своем распоряжении множество измерителей [6] , которые могут считывать и отображать формы сигналов электроэнергии и вычислять параметры этих сигналов. Эти параметры могут включать, например, действующие значения тока и напряжения , соотношение фаз между формами многофазного сигнала, коэффициент мощности , частоту , THD , активную мощность (кВт), реактивную мощность (кВАр), полную мощность (кВА) и активную мощность. энергия (кВтч), реактивная энергия (кВАч), полная энергия (кВАч) и многое другое. Чтобы в достаточной мере отслеживать непредвиденные события, Ribeiro et al. [7]объясняет, что недостаточно отображать эти параметры, но также постоянно фиксировать данные формы сигнала напряжения. Это невозможно из-за большого объема данных, вызывающих так называемый «эффект бутылки». Например, при частоте дискретизации 32 образца за цикл в секунду собирается 1920 образцов. Для трехфазных счетчиков, которые измеряют формы сигналов напряжения и тока, данных в 6-8 раз больше. В более практичных решениях, разработанных в последние годы, данные хранятся только при возникновении события (например, при обнаружении высокого уровня гармоник энергосистемы ) или, в качестве альтернативы, для хранения среднеквадратичного значения электрических сигналов. [8] Однако этих данных не всегда достаточно, чтобы определить точный характер проблемы.

Сжатие сырых данных [ править ]

Nisenblat et al. [9] предлагает идею алгоритма сжатия качества электроэнергии (аналогично сжатию с потерямиметоды), который позволяет измерителям непрерывно сохранять форму одного или нескольких сигналов мощности, независимо от того, было ли идентифицировано интересующее событие. Этот алгоритм, называемый PQZip, наделяет процессор памятью, достаточной для хранения формы сигнала при нормальных условиях питания в течение длительного периода времени, по крайней мере, месяца, двух месяцев или даже года. Сжатие выполняется в реальном времени по мере сбора сигналов; он вычисляет решение о сжатии до того, как будут получены все сжатые данные. Например, если один параметр остается постоянным, а другие колеблются, решение о сжатии сохраняет только то, что имеет значение из постоянных данных, и сохраняет все данные о колебаниях. Затем он разлагает форму сигнала мощности на множество компонентов по различным периодам формы волны.Он завершает процесс раздельным сжатием значений по крайней мере некоторых из этих компонентов за разные периоды. Этот алгоритм сжатия в реальном времени, выполняемый независимо от выборки, предотвращает пропуски данных и имеет типичную степень сжатия 1000: 1.

Сжатие агрегированных данных [ править ]

Типичная функция анализатора мощности - создание архива данных, агрегированных за заданный интервал. Чаще всего используется интервал в 10 или 1 минуту, как указано в стандартах IEC / IEEE PQ. В процессе работы такого инструмента создаются архивы значительных размеров. Как Kraus et al. [10] продемонстрировали степень сжатия таких архивов с использованием алгоритма цепей Лемпеля – Зива – Маркова , bzip или другого аналогичного сжатия без потерь.алгоритмы могут иметь большое значение. При использовании прогнозирования и моделирования на хранимых временных рядах в фактическом архиве качества электроэнергии эффективность сжатия после обработки обычно дополнительно повышается. Такое сочетание упрощенных методов подразумевает экономию как на хранении данных, так и на процессах сбора данных.

Стандарты качества электроэнергии [ править ]

Качество поставляемой электроэнергии определяется международными стандартами и их местными производными, принятыми в разных странах:

EN50160 - это европейский стандарт качества электроэнергии, устанавливающий допустимые пределы искажений для различных параметров, определяющих напряжение в сети переменного тока.

IEEE-519 - это североамериканский стандарт для энергосистем. Это определено как «рекомендуемая практика» [11] и, в отличие от EN50160, данное руководство относится как к искажению тока, так и к напряжению.

IEC 61000-4-30 - это стандарт, определяющий методы контроля качества электроэнергии. Издание 3 (2015 г.) включает измерения тока, в отличие от более ранних выпусков, которые касались только измерения напряжения.

См. Также [ править ]

  • Динамическое восстановление напряжения

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Фон Мейер, Александра (2006). Электроэнергетические системы: концептуальное введение . Джон Вили и сыновья. п. 1 .
  2. ^ Ассоциация накопителей энергии
  3. ^ «Брошюра с полезной информацией, иллюстрирующая кривую CBEMA» (PDF) . pge.com .
  4. ^ a b Шертукде, Хемчандра Мадхусудан (2014). Распределенные фотоэлектрические сетевые трансформаторы . п. 91. ISBN 978-1482247190. OCLC  897338163 .
  5. ^ «Фильтрация гармоник в центре обработки данных? [Обсуждение качества электроэнергии при проектировании ИБП]» . DataCenterFix.com . Архивировано из оригинала на 2011-07-08 . Проверено 14 декабря 2010 .
  6. ^ Галли; и другие. (Октябрь 1996 г.). «Изучение возможностей вейвлет-анализа?». Компьютерные приложения IEEE в энергетике . IEEE. 9 (4): 37–41. DOI : 10.1109 / 67.539845 .[ требуется проверка ]
  7. ^ Рибейро; и другие. (2001). «Усовершенствованный метод сжатия данных для приложений анализа качества электроэнергии?». IECON '01 . 29 ноября - дек. 2, 2001, IEEE, 27-я ежегодная конференция Общества промышленной электроники IEEE. 1 . С. 676–681. DOI : 10.1109 / IECON.2001.976594 .[ требуется проверка ]
  8. ^ Рибейро; и другие. (Апрель 2004 г.). «Улучшенный метод обработки и сжатия сигналов при оценке качества электроэнергии?». IEEE Transactions on Power Delivery . IEEE. 19 (2): 464–471. DOI : 10.1109 / PES.2003.1270480 . ISBN 0-7803-7989-6.[ требуется проверка ]
  9. ^ US 7415370 , Nisenblat, Pol; Амир М. Броши и Офир Эфрати, «Мониторинг качества электроэнергии», опубликовано 18 апреля 2004 г., выпущено 21 сентября 2006 г. 
  10. ^ Краус, Ян; Тобиска, Томаш; Бубла, Виктор (2009). «Кодирование без потерь и алгоритмы сжатия, применяемые к наборам данных о качестве электроэнергии» . CIRED 2009 - 20-я Международная конференция и выставка по распределению электроэнергии - Часть 1 . 20-я Международная конференция и выставка по распределению электроэнергии, 8–11 июня 2009 г., стр. 1–4. ISBN 978-1-84919126-5.
  11. ^ «IEEE 519-2014 - Рекомендуемая практика и требования IEEE для контроля гармоник в электроэнергетических системах» . standard.ieee.org . Проверено 16 ноября 2020 .

Литература [ править ]

  • Дуган, Роджер С .; Марк МакГранаган; Сурья Сантосо; Х. Уэйн Бити (2003). Качество электроэнергетических систем . ISBN McGraw-Hill Companies, Inc. 978-0-07-138622-7.
  • Мейер, Александра фон (2006). Электроэнергетические системы: концептуальное введение . ISBN компании John Wiley & Sons, Inc. 978-0471178590.
  • Хейдт, GT (1991). Качество электроэнергии . Публикации «Звезды в кругу». Библиотека Конгресса США 621.3191.
  • Боллен, Математика HJ (2000). Понимание проблем качества электроэнергии: провалы и прерывания напряжения . Нью-Йорк: IEEE Press. ISBN 0-7803-4713-7.
  • Шанкаран, К. (2002). Качество электроэнергии . CRC Press LLC. ISBN 978-0-8493-1040-9.
  • Баггини, А. (2008). Справочник по качеству электроэнергии . Вайли. ISBN 978-0-470-06561-7.
  • Куско, Алексей; Марк Томпсон (2007). Качество электроэнергии в электрических системах . Макгроу Хилл. ISBN 978-0-07-147075-9.
  • Чаттопадхьяй, Сураджит; Митра, Мадхучханда; Сенгупта, Самарджит (2011). Качество электроэнергии . Springer Science + Business . ISBN 978-94-007-0634-7.
  • Стандарт IEEE 519 Рекомендуемая практика и требования для контроля гармоник в электроэнергетических системах раздел 10.5 Мерцание