PL229627B1 - Sposób i urządzenie do identyfikacji źródła zakłóceń harmonicznych sieci elektroenergetycznej, zwłaszcza spowodowane przez odbiorniki energii - Google Patents

Abstract

Zgodnie ze sposobem po próbkowaniu sygnałów prądu i napięcia w układach przetworników analogowo cyfrowych (3, 4), sygnały cyfrowe grupuje się w dwa wektory próbek odwzorowujących te sygnały w dziedzinie czasu, a otrzymane wektory próbek (i(n), u(n)) przekształca się w blokach przetwarzania FFT sygnałów (5, 6) w dwa dyskretne, zespolone sygnały widma obu sygnałów prądu i napięcia (IRE, URE) dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych. Widma te następnie przekształca się w bloku obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej (7) w zespolone wartości impedancji i/lub admitancji (Z(n*fn), Y(n*fn)) dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych, po czym wyszukuje się wartości ujemne części rzeczywistych wartości zespolonych impedancji i/lub admitancji, stanowiące źródło zakłóceń i określa się czy źródło zakłóceń znajduje się wewnątrz czy na zewnątrz danej sieci elektroenergetycznej. Urządzenie ma wyjście modułu pomiaru prądu (1) i wyjście modułu pomiaru napięcia (2) połączone poprzez przetwornik analogowo - cyfrowy (3, 4) i następnie blok przetwarzania FFT sygnałów (5, 6) z blokiem obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej (7).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do identyfikacji źródła zakłóceń harmonicznych sieci elektroenergetycznej, zwłaszcza spowodowane przez odbiorniki energii.

Znany jest sposób identyfikacji źródła zakłóceń harmonicznych w sieci elektroenergetycznej polegający na pomiarze przepływu mocy czynnej dla poszczególnych harmonicznych, w której dominujące źródło harmonicznej można zlokalizować określając kierunek przepływu mocy czynnej dla tej harmonicznej.

Znany jest też sposób, w którym mierzy się kierunek przepływu mocy biernej i impedancji krytycznej i na podstawie impedancji zastępczych określa się moc bierną wytworzoną przez źródło i na jej podstawie oblicza impedancję lub admitancję krytyczną, którą porównuje się ze znaną impedancją lub admitancją linii zasilającej odbiorcę. Umożliwia to wskazanie dominującego źródła harmonicznych.

Znany jest też sposób, w którym wyznacza się względne wartości prądu i napięcia i następnie porównuje się wartości harmoniczne napięcia i prądu mierzone w wartościach względnych odniesionych do wartości podstawowych harmonicznych.

Znane sposoby są nieprecyzyjne i mogą prowadzić do nieprawidłowych wniosków, np. metoda przepływu mocy czynnej. W wielu przypadkach, np. metoda pomiaru kierunku przepływu mocy biernej i impedancji krytycznej, ich wykorzystanie jest jednak ograniczone ponieważ charakteryzują się one konicznością posiadana informacji o parametrach systemu elektroenergetycznego, którego dotyczą.

Celem wynalazku jest pozbycie się tych wad wykorzystując impedancje lub admitancję, wyznaczone przez przyrząd pomiarowy na podstawie przebiegu sygnału prądu pojawiającego się w odpowiedzi na określone wymuszenia w postaci napięć podstawowej oraz kolejnych harm onicznych oraz określenie czy źródło zakłóceń znajduje się wewnątrz czy na zewnątrz danej sieci.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że po próbkowaniu sygnałów prądu i napięcia w układach przetworników analogowo cyfrowych sygnały cyfrowe grupuje się w dwa wektory próbek odwzorowujących te sygnały w dziedzinie czasu, a otrzymane wektory próbek przekształca się w blokach przetwarzania FFT sygnałów w dwa dyskretne, zespolone sygnały widma obu sygnałów prądu i napięcia dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych. Te widma obu sygnałów przekształca się w bloku obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej w zespolone wartości impedancji i/lub admitancji dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych. Następnie wyszukuje się wartości ujemne części rzeczywistych wartości zespolonych impedancji i/lub admitancji, stanowiące źródło zakłóceń i określa się czy źródło zakłóceń znajduje się wewnątrz czy na zewnątrz danej sieci elektroenergetycznej.

Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że wyjście modułu pomiaru prądu i wyjście modułu pomiaru napięcia połączone są poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy i następnie blok przetwarzania FFT sygnałów z blokiem obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej.

Wynalazek pozwala na detekcję obwodu, w którym wytwarzane są sygnały wyższych harmonicznych, czyli wskazuje obwód w sieci elektroenergetycznej, w którym pracuje urządzenie będące źródłem zakłóceń harmonicznych powodujących pogarszanie parametrów jakości energii elektrycznej. Dodatkowo sposób jednoznacznie opisuje zidentyfikowany obwód za pomocą skończonego zbioru, wektora liczb wskazującego te harmoniczne, które są przez nie wytwarzane. Sposób pozwala na wyliczenie wspomnianych liczb jedynie na podstawie próbek wartości sygnałów napięcia i prądu zasilania mierzonych w punkcie wspólnego przyłączenia - PWP.

Wynalazek jest bliżej objaśniony przykładowo na podstawie rysunku, który przedstawia schemat blokowy urządzenia do identyfikacji odbiorników energii elektrycznej .

Zgodnie ze sposobem mierzy się sygnały prądu i napięcia zasilania sieci nn i próbkuje się w przetworniku analogowo-cyfrowym o rozdzielczości co najmniej 12 bitów, z częstotliwością będącą wielokrotnością częstotliwości podstawowej sieci zasilającej oraz liczby 2^N gdzie N jest liczbą naturalną większą od 4. Po próbkowaniu sygnałów prądu i(t) i napięcia u(t) w układach przetworników analogowo cyfrowych 3 i 4 sygnały cyfrowe grupuje się w dwa wektory próbek i(n) i u(n), odwzorowujących wspomniane sygnały w dziedzinie czasu.

Otrzymane wektory próbek przekształca się w blokach przetwarzania FFT sygnałów 5 i 6 w dwa dyskretne, zespolone sygnały widma obu sygnałów prądu i napięcia Ire, Ure dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych, będących wielokrotnościami częstotliwości znamionowej napięPL 229 627 B1 cia sieci elektroenergetycznej nn. Jednym ze sposobów, którym można tego dokonać, jest użycie algorytmu szybkiej transformaty Fouriera FFT (ang. Fast Fourier Transform), która oblicza wartości zespolone widma sygnału na podstawie jego wartości próbek.

Wartości zespolone widma sygnałów prądu i napięcia dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych będących wielokrotnościami częstotliwości znamionowej napięcia sieci elektroenergetycznej przekształca się w zespolone wartości impedancji i/lub admitancji Z(n*fn) Y(n*fn) przez podział przez siebie w bloku obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej 7, w zespolone wartości impedancji i/lub admitancji dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych, będących wielokrotnościami częstotliwości znamionowej napięcia sieci elektroenergetycznej. Następnie wyszukuje się wartości ujemne części rzeczywistych wartości zespolonych impedancji i/lub admitancji, które stanowią źródła zakłóceń wytwarzające sygnały wyższych harmonicznych. Przyjmuje się, że punkt wspólnego przyłączenia PWP stanowi granicę sieci wewnętrznej i jest to miejsce wykonywania pomiarów prądów i napięć. Na tej podstawie określa się czy źródło zakłóceń znajduje się wewnątrz czy na zewnątrz danej sieci elektroenergetycznej.

Urządzenie przedstawione na rysunku w torze prądowym ma moduł pomiaru prądu 1, którego wejście połączone jest z zaciskiem napięcia zasilającego L1 i zaciskiem wejściowym L1' sieci odbiorczej O a wyjście połączone jest poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 3 i następnie blok przetwarzania FFT sygnałów 5 z blokiem obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej 7. Podobnie tor napięciowy ma moduł pomiaru napięcia 2, którego wejście połączone jest z zaciskiem napięcia zasilającego N i zaciskiem wejściowym N' sieci odbiorczej O a wyjście połączone jest poprzez przetwornik analogowocyfrowy 4 i następnie blok przetwarzania FFT sygnałów 6 z blokiem obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej 7.

W wyniku działania elementów układu oraz jego algorytmów obliczeniowych na podstawie mierzonych sygnałów prądu i napięcia zasilania i(t) i u(t) obliczane są wartości impedancji zespolonej Z i/lub admitancji zespolonej Y, oraz wyszukiwane są wśród nich te elementy, których wartości dla składowych rzeczywistych impedancji lub admitancji mają wartości ujemne, wskazujące na pracę w charakterze źródła sygnału o określonej harmonicznej.

Mierzone urządzenie jest podłączone do zacisków L1' oraz N'. Napięcie sieci energetycznej jest doprowadzone do zacisków L1 oraz N. Moduł wejścia prądowego zamienia prąd obciążenia płynący przewodem do odbiornika na sygnał napięciowy i(t) z zakresu pozwalającego na poprawny pomiar w przetworniku analogowo cyfrowym 3, 4. Moduł wejścia napięciowego 2 przekształca napięcie zasilania występujące między przewodami na sygnał napięciowy u(t) z określonego zakresu pozwalającego na poprawny pomiar w przetworniku analogowo cyfrowym. Przetworniki analogowo-cyfrowe 3 i 4 zamieniają ciągłe sygnały napięciowe i(t) i u(t) na dyskretne wartości liczbowe. Przetworniki analogowocyfrowe 3 oraz 4 są wyzwalane za pomocą jednego zegara i wykonują przetwarzanie w tej samej chwili czasu. Dyskretne wartości liczbowe przekazywane są do bloków przetwarzania sygnałów 5 i 6, gdzie wykonywane są obliczenia zespolonych wartości widma sygnałów prądu i napięcia z wykorzystaniem algorytmu FFT. W bloku 7 dokonywana jest selekcja wartości zespolonych widm sygnałów oraz wyznaczane są wartości impedancji zespolonej lub admitancji zespolonej: rezystancja, reaktancja, konduktancja i susceptancja dla częstotliwości równej częstotliwości napięcia sieci energetycznej ora z jej wielokrotności tworzące zbiory liczb zespolonych. W zbiorach tych wyszukiwane są te elementy, których wartości dla składowych rzeczywistych impedancji lub admitancji mają wartości ujemne, wskazujące na pracę w charakterze źródła sygnału o określonej harmonicznej.

Urządzenie pozwala na identyfikację obwodu, którego praca powoduje pogorszenie parametrów jakości energii elektrycznej poprzez wytwarzanie sygnałów wyższych harmonicznych, na podstawie obliczenia zmian impedancji lub admitancji określonej na podstawie przebiegów napięcia i prądu zasilania. W opisywanym wynalazku sygnały napięcia i prądu zasilania podlegają pomiarowi oraz procesowi próbkowania tworząc dwa wektory próbek na podstawie których, obliczane są wartości zespolonych współczynników widma obu wspomnianych sygnałów dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych, wielokrotności częstotliwości znamionowej napięcia sieci elektroenergetycznej. Z wyliczonych wartości zespolonych współczynników widma obu sygnałów wyliczane są zespolone wartości impedancji i/lub admitancji dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych. Wartości ujemne składowych rzeczywistych impedancji lub admitancji wskazują na pracę w charakterze źródła sygnału o określonej harmonicznej czyli identyfikują źródła zakłóceń harmonicznych w sieci elektroenergetycznej.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób identyfikacji źródła zakłóceń harmonicznych sieci elektroenergetycznej, zwłaszcza spowodowane przez odbiorniki energii polegający na tym, że mierzy się sygnały prądu i napięcia zasilania sieci nn, znamienny tym, że po próbkowaniu sygnałów prądu i napięcia w układach przetworników analogowo-cyfrowych (3, 4), sygnały cyfrowe grupuje się w dwa wektory próbek odwzorowujących te sygnały w dziedzinie czasu, a otrzymane wektory próbek (i(n), u(n)) przekształca się w blokach przetwarzania FFT sygnałów (5, 6) w dwa dyskretne, zespolone sygnały widma obu sygnałów prądu i napięcia (Ire, Ure) dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych, które przekształca się w bloku obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej (7) w zespolone wartości impedancji i/lub admitancji (Z(n*f_n), Y(n*f_n)) dla częstotliwości podstawowej oraz kolejnych harmonicznych, następnie wyszukuje się wartości ujemne części rzeczywistych wartości zespolonych impedancji i/lub admitancji, stanowiące źródło zakłóceń i określa się czy źródło zakłóceń znajduje się wewnątrz czy na zewnątrz danej sieci elektroenergetycznej.

2. Urządzenie do identyfikacji źródła zakłóceń harmonicznych sieci elektroenergetycznej zawierający moduł pomiaru prądu i moduł pomiaru napięcia, których wejścia połączone są z zaciskami sieci zasilającej i zaciskiem wejściowym sieci odbiorczej, znamienny tym, że wyjście modułu pomiaru prądu (1) i wyjście modułu pomiaru napięcia (2) połączone są poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (3, 4) i następnie blok przetwarzania FFT sygnałów (5, 6) z blokiem obliczeń impedancji i/lub admitancji zespolonej (7).